JP2019149897A - Uninterruptible power supply device and control method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
交流電源から直流負荷へ給電させるための無停電電源装置（以下、直流電源装置）として、図６に示す直流電源装置２００がある。直流電源装置２００は、入力側が交流電源１に、出力側が直流負荷７に接続されている。直流電源装置２００は、開閉器２、交流電力で動作する冷却ファン等の交流駆動機器３、サイリスタ等の半導体素子で構成される電力変換回路を含むコンバータ５、蓄電装置６、制御装置８を含む。交流電源１とコンバータ５の間には、開閉器２が介挿され、開閉器２とコンバータ５との間には、交流駆動機器３が接続されている。また、直流電源装置２００と直流負荷７との間にはバッテリ等の蓄電装置６が接続されている。ここでは交流駆動装置３は、コンバータ５または蓄電装置６を冷却する冷却ファンである。制御装置８は、コンバータ５、開閉器２、交流駆動機器３、蓄電装置６を図示しない信号線にて制御する。
交流電源１が正常な場合、直流電源装置２００は、開閉器２は閉じられ、交流電源１とコンバータ５および交流駆動機器３に交流電力を供給する。コンバータ５は交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置６を充電するとともに直流負荷７に供給する。
交流電源１に停電が発生した場合、直流電源装置２００は、制御装置８で異常発生を判断し、開閉器２を遮断する。またコンバータ５を停止し、蓄電装置６に充電した直流電力を放電し、直流負荷５に供給する。
As an uninterruptible power supply (hereinafter referred to as a DC power supply) for feeding power from an AC power supply to a DC load, there is a DC power supply 200 shown in FIG. The DC power supply device 200 has an input side connected to the AC power source 1 and an output side connected to the DC load 7. The DC power supply device 200 includes a switch 2, an AC drive device 3 such as a cooling fan that operates with AC power, a converter 5 including a power conversion circuit including a semiconductor element such as a thyristor, a power storage device 6, and a control device 8. . A switch 2 is inserted between the AC power source 1 and the converter 5, and an AC drive device 3 is connected between the switch 2 and the converter 5. A power storage device 6 such as a battery is connected between the DC power supply device 200 and the DC load 7. Here, AC drive device 3 is a cooling fan that cools converter 5 or power storage device 6. The control device 8 controls the converter 5, the switch 2, the AC drive device 3, and the power storage device 6 with signal lines (not shown).
When the AC power supply 1 is normal, the DC power supply device 200 supplies the AC power to the AC power supply 1, the converter 5, and the AC drive device 3 with the switch 2 closed. Converter 5 converts AC power into DC power, charges power storage device 6 and supplies it to DC load 7.
When a power failure occurs in the AC power source 1, the DC power source device 200 determines that an abnormality has occurred in the control device 8 and shuts off the switch 2. Further, the converter 5 is stopped, the DC power charged in the power storage device 6 is discharged, and supplied to the DC load 5.
しかしながら、交流電源１に停電が発生した場合、交流駆動機器３への電力供給が停止してしまうため、コンバータまたは蓄電装置の冷却ができない状態となってしまう。
これに対して、蓄電装置６から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータを別途設けて交流駆動機器３に供給する手段、または交流駆動機器３を直流対応の機器に変更する等の手段がとられる。しかし、別途インバータを設けてしまうと、直流電源装置２００に新たに設置スペースが必要であり、装置自体が大型化してしまう。さらに別途設けたインバータの冷却も必要となってしまう。また、交流駆動機器３を直流電力対応の機器に変更しても、選択できる機器が限定されてしまい、大容量化が困難となってしまう。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、交流電源停電時においても、別途インバータを設ける事無く交流駆動機器を継続して動作させることが可能な３レベル電力変換装置を提供することである。
However, when a power failure occurs in the AC power supply 1, power supply to the AC drive device 3 is stopped, so that the converter or the power storage device cannot be cooled.
On the other hand, a means for separately providing an inverter for converting the DC power supplied from the power storage device 6 into AC power and supplying the inverter to the AC driving device 3, or a means for changing the AC driving device 3 to a DC compatible device, etc. Is taken. However, if a separate inverter is provided, a new installation space is required for the DC power supply device 200, and the device itself becomes large. Furthermore, cooling of the inverter provided separately is also needed. Further, even if the AC drive device 3 is changed to a device that supports DC power, the devices that can be selected are limited, and it is difficult to increase the capacity.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a three-level power conversion capable of continuously operating an AC drive device without providing an additional inverter even when an AC power supply is interrupted. Is to provide a device.
上記課題を解決するために、本発明は以下の技術的特徴を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following technical features.
交流電源から供給される交流電力を変換し、負荷に直流電力を供給するＰＷＭコンバータと、前記交流電源と前記ＰＷＭコンバータとの間に介挿される開閉器と、前記交流電源から供給される交流電力で動作し、前記開閉器と前記ＰＷＭコンバータとの間に接続される交流駆動機器と、前記双方コンバータの出力側に接続され、前記交流電源の停電時に前記負荷に直流電力を供給するバッテリと、前記ＰＷＭコンバータ、前記開閉器および前記バッテリを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記交流電源の停電が発生した場合、前記開閉器を開くとともに、前記ＰＷＭコンバータが前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換して前記交流駆動機器に交流電力を供給するように制御することを特徴とする直流給電型無停電電源装置である。 A PWM converter that converts AC power supplied from an AC power source and supplies DC power to a load, a switch interposed between the AC power source and the PWM converter, and AC power supplied from the AC power source An AC drive device connected between the switch and the PWM converter, a battery connected to the output side of the both converters, and supplying DC power to the load at the time of a power failure of the AC power supply, A control unit that controls the PWM converter, the switch, and the battery, and the control unit opens the switch when a power failure occurs in the AC power supply, and the PWM converter is connected to the battery from the battery. A DC power supply type uninterruptible power supply device, characterized in that control is performed so as to convert DC power into AC power and supply AC power to the AC drive device. A.
上記のような構成とすることで、交流電源１に異常が発生した場合においても、交流駆動機器に別途インバータを設ける必要がなく、冷却ファン等の交流駆動機器３の継続動作可能となる。また、ＰＷＭコンバータの停止から開閉器の再投入までの間に所定の期間を設けることで、交流駆動機器３内部の残留エネルギーを消費させ、交流電源１への突入電流を抑制することができる。 With the above configuration, even when an abnormality occurs in the AC power supply 1, it is not necessary to provide a separate inverter for the AC drive device, and the AC drive device 3 such as a cooling fan can be continuously operated. Further, by providing a predetermined period between the stop of the PWM converter and the re-opening of the switch, the residual energy inside the AC drive device 3 can be consumed, and the inrush current to the AC power source 1 can be suppressed.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図１〜図５を参照して、本発明の実施形態による直流電源装置１００の構成について説明する。図７に示した従来の直流電源２００と同様の箇所は、同じ番号を付与している
図１に示すように、直流電源１００は、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６、交流駆動機器３の他に、第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、交流フィルタ４、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６、を備える。
With reference to FIGS. 1-5, the structure of the DC power supply device 100 by embodiment of this invention is demonstrated. The same parts as those of the conventional DC power supply 200 shown in FIG. 7 are given the same numbers. As shown in FIG. 1, the DC power supply 100 includes the PWM converter 5, the power storage device 6, and the AC drive device 3. The first voltage detector 21, the second voltage detector 22, the first current detector 23, the AC filter 4, the second current detector 24, the third voltage detector 25, the third current detector Part 26.
ＰＷＭコンバータ５は、入力側が交流電源に接続され、出力側は直流負荷７に接続されている。ＰＷＭコンバータ５と交流電源１との間には、開閉器２が介挿され、開閉器２とＰＷＭコンバータ５との間には交流駆動機器３と入力フィルタ４が接続されている。また、ＰＷＭコンバータ５と直流負荷７との間には、蓄電装置６が接続されている。また、制御装置８は、図示しない信号線により、開閉器２、交流駆動機器３、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６を制御する。開閉器２の交流電源１側には、交流第１の電圧検出部２１が設けられ、他方側には交流第２の電圧検出部２２が設けられている。また入力フィルタ４への入力電流を検出する第１の電流検出部２３が設けられている。加えて蓄電装置６への電流を検出する第２の電流検出部２４、直流負荷７への負荷電流と電圧を検出する第３の電流検出部２６と第３の電圧検出部２５が設けられている。 The PWM converter 5 has an input side connected to an AC power source and an output side connected to a DC load 7. A switch 2 is inserted between the PWM converter 5 and the AC power supply 1, and an AC drive device 3 and an input filter 4 are connected between the switch 2 and the PWM converter 5. A power storage device 6 is connected between the PWM converter 5 and the DC load 7. In addition, the control device 8 controls the switch 2, the AC drive device 3, the PWM converter 5, and the power storage device 6 by a signal line (not shown). An AC first voltage detection unit 21 is provided on the AC power supply 1 side of the switch 2, and an AC second voltage detection unit 22 is provided on the other side. A first current detector 23 that detects an input current to the input filter 4 is provided. In addition, a second current detection unit 24 that detects current to the power storage device 6, a third current detection unit 26 that detects load current and voltage to the DC load 7, and a third voltage detection unit 25 are provided. Yes.
ＰＷＭコンバータ５はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子を含む電力変換回路を備え、半導体素子のオンオフにより上記電力を変換している。半導体素子のオンオフは後述する制御装置８により制御される。なお、電力変換回路は３レベルの電力変換器であってもよい
交流駆動機器３は、ＰＷＭコンバータ５を冷却するための冷却ファンを含むが、これに限らず交流電力にて動作する装置であればよい。本実施形態では、交流駆動機器３は、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６を冷却するための冷却ファンである。
交流フィルタ４は、リアクトル４ａ、コンデンサ４ｂを備え、交流電源１またはＰＷＭコンバータ５からの高調波電流を低減する。
The PWM converter 5 includes a power conversion circuit including a semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and converts the power by turning on and off the semiconductor element. On / off of the semiconductor element is controlled by a control device 8 to be described later. The AC converter 3 may be a three-level power converter. The AC drive device 3 includes a cooling fan for cooling the PWM converter 5, but is not limited thereto, and may be a device that operates with AC power. That's fine. In the present embodiment, the AC drive device 3 is a cooling fan for cooling the PWM converter 5 and the power storage device 6.
The AC filter 4 includes a reactor 4a and a capacitor 4b, and reduces the harmonic current from the AC power supply 1 or the PWM converter 5.
制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５、開閉器２、交流駆動機器３を制御するように構成されている。本実施形態において、制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードとインバータ運転モードに切り替え可能に構成されている。コンバータ運転モードとは交流電源１の交流電力を直流電力へ変換するモードであり、インバータ運転モードとは直流電力を交流電力に変換するモードである。 The control device 8 is configured to control the PWM converter 5, the switch 2, and the AC drive device 3. In the present embodiment, the control device 8 is configured to be able to switch the PWM converter 5 between a converter operation mode and an inverter operation mode. The converter operation mode is a mode for converting AC power of the AC power source 1 into DC power, and the inverter operation mode is a mode for converting DC power into AC power.
＜直流電源１００の動作＞
まず交流電源１が健全な場合、直流電源１００は、開閉器２を閉じ、交流電源１から交流電力の供給を受けている。ＰＷＭコンバータ５は、供給された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を蓄電装置６へ充電するとともに、直流負荷７へ供給する。なお、直流電源１００は、蓄電装置６とＰＷＭコンバータ５の出力線との間に直流-直流変換器を設けても良い。直流-直流変換器は、蓄電装置６の出力電圧を昇圧してＰＷＭコンバータ５の出力側に供給する。また、直流-直流変換器は、ＰＷＭコンバータ５の出力電圧を降圧して、蓄電装置６を充電する。直流-直流変換器を設けることで、ＰＷＭコンバータ５の出力電圧を安定させることができるだけなく、蓄電装置６の容量を小さくすることができるため直流電源１００における蓄電装置６の占有容量を抑制することができる。
<Operation of DC power supply 100>
First, when the AC power source 1 is healthy, the DC power source 100 closes the switch 2 and is supplied with AC power from the AC power source 1. The PWM converter 5 converts the supplied AC power into DC power, charges the power storage device 6 with the DC power, and supplies it to the DC load 7. DC power supply 100 may be provided with a DC-DC converter between power storage device 6 and the output line of PWM converter 5. The DC-DC converter boosts the output voltage of the power storage device 6 and supplies it to the output side of the PWM converter 5. The DC-DC converter steps down the output voltage of the PWM converter 5 and charges the power storage device 6. By providing the DC-DC converter, not only can the output voltage of the PWM converter 5 be stabilized, but also the capacity of the power storage device 6 can be reduced, so that the occupied capacity of the power storage device 6 in the DC power supply 100 is suppressed. Can do.
制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードで運転する。制御装置８は、第３の電圧検出部２５で検出した出力電圧ＶＤＣまたは第３の電流検出部２６で検出したＩｏｕｔに基づいて、ＰＷＭコンバータ５を制御している。
図２は、交流電源１が健全な場合における第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している。
Control device 8 operates PWM converter 5 in the converter operation mode. The control device 8 controls the PWM converter 5 based on the output voltage VDC detected by the third voltage detector 25 or I out detected by the third current detector 26.
FIG. 2 shows a first voltage detector 21, a second voltage detector 22, a first current detector 23, a second current detector 24, and a third voltage detector when the AC power source 1 is healthy. 25 shows a detection waveform of the third current detection unit 26.
図２は、交流電源１から供給される電流と電圧の各位相と周波数が、同一の場合を示している。このとき制御装置８は、蓄電装置６の充電電流Ｉｂａｔを第２の電流検出部２４による検出結果に基づき一定となるように制御している
次に、交流電源１に停電が発生した場合を説明する。交流電源１に停電が発生した場合、制御装置８は、開閉器２を遮断し、ＰＷＭコンバータ５の動作を停止させる。さらに制御装置８は、蓄電装置６から直流負荷７への電力の供給を開始させる。なお、交流電源１の停電発生は、制御装置８が、電圧検出器２１または２２で検出した電圧が正常範囲から逸脱したか否かで判断する。
FIG. 2 shows a case where the phases and frequencies of the current and voltage supplied from the AC power supply 1 are the same. At this time, the control device 8 controls the charging current I bat of the power storage device 6 to be constant based on the detection result by the second current detection unit 24. Next, the case where a power failure occurs in the AC power source 1 is determined. explain. When a power failure occurs in the AC power supply 1, the control device 8 shuts off the switch 2 and stops the operation of the PWM converter 5. Furthermore, the control device 8 starts supplying power from the power storage device 6 to the DC load 7. The occurrence of a power failure of the AC power supply 1 is determined by whether or not the voltage detected by the voltage detector 21 or 22 has deviated from the normal range.
図３は、交流電源１に停電が発生したときの第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している。
時点ｔ１で交流電源１の停電が発生し、停電発生を検知した制御装置８は、開閉器２へ遮断を指令し、ＰＷＭコンバータ５の動作を停止させるとともに、蓄電装置６から直流負荷７への電力供給を開始させる。さらに制御装置８は、第２の電圧検出部２２にてＶｒｅｃまたは第１の電流検出部２３にてＩｒｅｃが零になった時点ｔ２から、Ｖｒｅｃが第１の所定時間（確認時限）の間で、電圧の極性がなく電圧が印可されていない状態（無電圧）であることを確認する。制御装置８は、Ｖｒｅｃが無電圧であることを確認した後、時点ｔ３において、ＰＷＭコンバータ５をインバータ運転モードに切り替えて、蓄電装置６から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流駆動機器３に交流電力を供給する。これにより交流駆動機器３は動作が再開する。図３では、ＰＷＭコンバータ５は、交流駆動機器３に必要な電力のみ供給するため、時点ｔ３における第１の電流検出部２３の電流波形は逆位相でかつ振幅が小さくなっている。本実施形態では、第１の電流検出部２３の電流波形の振幅は小さくなっているが、交流駆動機器３の必要電力によるため、振幅は大きくなっていても構わない。
FIG. 3 shows a first voltage detection unit 21, a second voltage detection unit 22, a first current detection unit 23, a second current detection unit 24, and a third voltage when a power failure occurs in the AC power supply 1. The detection waveforms of the detection unit 25 and the third current detection unit 26 are shown.
When the AC power supply 1 is interrupted at time t1, and the controller 8 detects the occurrence of the power failure, it instructs the switch 2 to shut down, stops the operation of the PWM converter 5, and connects the power storage device 6 to the DC load 7. Start power supply. Further, the control unit 8, from the time t2 when I rec becomes zero at a second V rec or first by the voltage detection unit 22 of the current detection unit 23, V rec is the first predetermined time (check timed) Between the two, it is confirmed that there is no voltage polarity and no voltage is applied (no voltage). After confirming that V rec is non-voltage, control device 8 switches PWM converter 5 to the inverter operation mode at time t3 to convert the DC power supplied from power storage device 6 into AC power, and AC power is supplied to the drive device 3. Thereby, the operation of the AC drive device 3 resumes. In FIG. 3, since the PWM converter 5 supplies only the necessary power to the AC drive device 3, the current waveform of the first current detection unit 23 at the time point t3 has an opposite phase and a small amplitude. In the present embodiment, the amplitude of the current waveform of the first current detection unit 23 is small, but the amplitude may be large because of the required power of the AC drive device 3.
このように制御装置８が、ＰＷＭコンバータ５をインバータ運転モードに切り替えて交流電力を供給させることで、交流駆動機器３の運転が再開可能となる。すなわち、交流電源１が停電時においても、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６の冷却の再開が可能となる。
本実施形態では、第１の所定時間である確認時限は、交流電源１の交流電力の周期程度の時間としているが、制御装置８が、交流電源１の停電発生を判別できる時間であれば、これに限らない。
As described above, the control device 8 switches the PWM converter 5 to the inverter operation mode and supplies the AC power, so that the operation of the AC drive device 3 can be resumed. That is, the cooling of the PWM converter 5 and the power storage device 6 can be resumed even when the AC power supply 1 is in a power failure.
In the present embodiment, the confirmation time period that is the first predetermined time is set to a time that is about the period of the AC power of the AC power supply 1, but if the control device 8 can determine the occurrence of a power failure of the AC power supply 1, Not limited to this.
交流電源１の停電発生後は、開閉器２は遮断されているため、ＰＷＭコンバータ５から供給される交流電力が、交流電源１へ逆流することが防止される。このため、交流電源１に接続されている直流電源装置１００とは別個の機器が、交流電源１が復電したと誤判断することがない。また、第１の所定時間を設けることで、交流駆動機器３内の残留エネルギーを消費させることができるため、交流フィルタ４の突入電流を低減することができる。なお、制御装置８は、第２の電圧検出部２２の電圧または第１の電流検出部２３の電流に基づいて、残留エネルギーが消費されたことを確認し、第１の所定時間を終了させる。または制御装置８に、残留エネルギーが消費されるのに十分な時間を、第１の所定時間として予め設定してもよい。 Since the switch 2 is cut off after the occurrence of a power failure in the AC power supply 1, the AC power supplied from the PWM converter 5 is prevented from flowing back to the AC power supply 1. For this reason, a device different from the DC power supply device 100 connected to the AC power supply 1 does not erroneously determine that the AC power supply 1 has recovered. Moreover, since the residual energy in the AC drive device 3 can be consumed by providing the first predetermined time, the inrush current of the AC filter 4 can be reduced. The control device 8 confirms that the residual energy has been consumed based on the voltage of the second voltage detection unit 22 or the current of the first current detection unit 23, and ends the first predetermined time. Alternatively, a time sufficient for the residual energy to be consumed may be preset in the control device 8 as the first predetermined time.
次に、交流電源１が復電した場合の動作を説明する。交流電源１が復電した場合、制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５のインバータ運転モード動作を停止させ、交流駆動機器３への電力供給を停止させる。その後、制御装置８は開閉器２を接続状態とし、第３の所定時間（無電圧確認時限）経過後に、蓄電装置６から直流負荷７への電力供給を停止させるとともに、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードに切り替えて動作させる。ＰＷＭコンバータ５は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置６に充電するとともに、直流負荷７に供給する。 Next, an operation when the AC power supply 1 is restored will be described. When the AC power supply 1 recovers, the control device 8 stops the inverter operation mode operation of the PWM converter 5 and stops the power supply to the AC drive device 3. Thereafter, the control device 8 puts the switch 2 into a connected state, and after the third predetermined time (no-voltage confirmation time limit) has elapsed, the power supply from the power storage device 6 to the DC load 7 is stopped and the PWM converter 5 is operated as a converter. Switch to mode and operate. The PWM converter 5 converts AC power from the AC power source 1 into DC power, charges the power storage device 6, and supplies it to the DC load 7.
図４は、交流電源１が復電した場合の第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している。
時点ｔ４において、交流電源１が復電した場合、制御装置８は、第２の電圧検出部２２で検出される電圧が、時点ｔ４からｔ５までの第２の所定時間（電圧復帰確認時限）の間で正常範囲である場合に、交流電源１が復電したと判断する。そして時点ｔ５で、制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５のインバータ運転モードを停止させる。その後、制御装置８は、第３の所定時間（無電圧確認時限）の間、第２の電圧検出部２２で検出された電圧が無電圧であることを確認し、時点ｔ６において、開閉器２を接続状態とし、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードに切り替えるとともに、蓄電装置６から直流負荷７への放電を停止させ、充電動作に切り替える。
FIG. 4 shows the first voltage detection unit 21, the second voltage detection unit 22, the first current detection unit 23, the second current detection unit 24, and the third voltage detection when the AC power supply 1 is restored. The detection waveforms of the unit 25 and the third current detection unit 26 are shown.
When the AC power source 1 is restored at time t4, the control device 8 determines that the voltage detected by the second voltage detection unit 22 is the second predetermined time (voltage return confirmation time limit) from time t4 to t5. It is determined that the AC power source 1 has been restored when the power is within the normal range. At time t5, the control device 8 stops the inverter operation mode of the PWM converter 5. Thereafter, the control device 8 confirms that the voltage detected by the second voltage detector 22 is non-voltage for a third predetermined time (no-voltage confirmation time period), and at time t6, the switch 2 Is connected, and the PWM converter 5 is switched to the converter operation mode, the discharge from the power storage device 6 to the DC load 7 is stopped, and the charging operation is switched.
次に、図５は、交流電源１が復電した場合の変形例であり、第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している
時点ｔ７において交流電源１が復電した場合、制御装置８は、第２の電圧検出部２２で検出された電圧が時点ｔ７から時点ｔ８までの第２の所定時間（電圧復帰確認時限）で正常範囲である場合に、交流電源１が復電したと判断する。その後ｔ８から制御装置８は、第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２の検出電圧に基づいて、ＰＷＭコンバータ５から出力される交流電力の周波数と位相を調整し、第１の電圧検出部２１の交流電圧に同期させるよう制御する。時点ｔ８から時点ｔ９の間で交流電源１とＰＷＭコンバータ５から出力される周波数と位相が一致している場合に同期完了したと判断する。そして時点ｔ９から第４の所定時間後、制御装置８は開閉器２を接続状態にするとともに、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードに切り替え、蓄電装置６の直流負荷７への放電を停止して、充電動作に切り替える。
Next, FIG. 5 is a modified example when the AC power source 1 is restored, and the first voltage detection unit 21, the second voltage detection unit 22, the first current detection unit 23, and the second current detection. When the AC power supply 1 recovers at time t7, the control device 8 is connected to the second voltage detection unit 22 at the time t7, which shows the detection waveforms of the unit 24, the third voltage detection unit 25, and the third current detection unit 26. When the detected voltage is in the normal range for the second predetermined time (voltage return confirmation time limit) from time t7 to time t8, it is determined that AC power supply 1 has recovered. After that, from t8, the control device 8 adjusts the frequency and phase of the AC power output from the PWM converter 5 based on the detection voltages of the first voltage detection unit 21 and the second voltage detection unit 22, and the first voltage detection unit 21 and the second voltage detection unit 22 Control is performed to synchronize with the AC voltage of the voltage detector 21. When the frequency and the phase output from the AC power supply 1 and the PWM converter 5 match between the time t8 and the time t9, it is determined that the synchronization is completed. Then, after a fourth predetermined time from time t9, the control device 8 puts the switch 2 in the connected state, switches the PWM converter 5 to the converter operation mode, stops the discharge of the power storage device 6 to the DC load 7, Switch to charging operation.
これにより、例えば開閉器２と交流駆動機器３の間に変圧器を搭載する場合には、上記方法により励磁電流を印加させた上で開閉器２を投入することができる。そのため変圧器への励磁突入電流を低減させることができる。
以上、本発明を実施形態に沿って説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、変更または改良を加えることが可能であることは当業者には明らかである。
Thereby, for example, when a transformer is mounted between the switch 2 and the AC drive device 3, the switch 2 can be turned on after applying an excitation current by the above method. Therefore, the magnetizing inrush current to the transformer can be reduced.
As mentioned above, although this invention was demonstrated along embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that changes or modifications can be made to the above embodiment.
１ 交流電源
２ 開閉器
３、交流駆動機器
４ 交流フィルタ
４ａ リアクトル
４ｂ コンデンサ
５、ＰＷＭコンバータ
６、蓄電装置
７、直流負荷
２１、第１の電圧検出部
２２、第２の電圧検出部
２３、第１の電流検出部
２４、第２の電流検出部
２５、第３の電圧検出部
２６、第３の電流検出部
１００、２００、直流電源装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Switch 3, AC drive apparatus 4 AC filter 4a Reactor 4b Capacitor 5, PWM converter 6, electrical storage apparatus 7, DC load 21, 1st voltage detection part
22, 2nd voltage detection part 23, 1st electric current detection part 24, 2nd electric current detection part 25, 3rd voltage detection part 26, 3rd electric current detection part 100, 200, DC power supply device
本発明は、負荷に直流電力を供給する無停電電源装置（以下、直流電源装置）に関する。The present invention relates to an uninterruptible power supply (hereinafter referred to as a DC power supply) that supplies DC power to a load.
交流電源から直流負荷へ給電させるための無停電電源装置（以下、直流電源装置）として、図６に示す直流電源装置２００がある。直流電源装置２００は、入力側が交流電源１に、出力側が直流負荷７に接続されている。直流電源装置２００は、開閉器２、交流電力で動作する冷却ファン等の交流駆動機器３、サイリスタ等の半導体素子で構成される電力変換回路を含むコンバータ５、蓄電装置６、制御装置８を含む。交流電源１とコンバータ５の間には、開閉器２が介挿され、開閉器２とコンバータ５との間には、交流駆動機器３が接続されている。また、直流電源装置２００と直流負荷７との間にはバッテリ等の蓄電装置６が接続されている。ここでは交流駆動装置３は、コンバータ５または蓄電装置６を冷却する冷却ファンである。制御装置８は、コンバータ５、開閉器２、交流駆動機器３、蓄電装置６を図示しない信号線にて制御する。 As an uninterruptible power supply (hereinafter referred to as a DC power supply) for feeding power from an AC power supply to a DC load, there is a DC power supply 200 shown in FIG. The DC power supply device 200 has an input side connected to the AC power source 1 and an output side connected to the DC load 7. The DC power supply device 200 includes a switch 2, an AC drive device 3 such as a cooling fan that operates with AC power, a converter 5 including a power conversion circuit including a semiconductor element such as a thyristor, a power storage device 6, and a control device 8. . A switch 2 is inserted between the AC power source 1 and the converter 5, and an AC drive device 3 is connected between the switch 2 and the converter 5. A power storage device 6 such as a battery is connected between the DC power supply device 200 and the DC load 7. Here, AC drive device 3 is a cooling fan that cools converter 5 or power storage device 6. The control device 8 controls the converter 5, the switch 2, the AC drive device 3, and the power storage device 6 with signal lines (not shown) .
交流電源１が正常な場合、直流電源装置２００は、開閉器２は閉じられ、交流電源１とコンバータ５および交流駆動機器３に交流電力を供給する。コンバータ５は交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置６を充電するとともに直流負荷７に供給する。 If ac power supply 1 is normal, the DC power supply 200, switch 2 is closed, supplies AC power to the AC power supply 1 and the converter 5 and the AC driving device 3. Converter 5 converts AC power into DC power, charges power storage device 6 and supplies it to DC load 7 .
交流電源１に停電が発生した場合、直流電源装置２００は、制御装置８で異常発生を判断し、開閉器２を遮断する。またコンバータ５を停止し、蓄電装置６に充電した直流電力を放電し、直流負荷５に供給する。 If a power failure to the ac power supply 1 occurs, the DC power supply unit 200 determines that an abnormality has occurred in the control unit 8, blocking the switch 2. Further, the converter 5 is stopped, the DC power charged in the power storage device 6 is discharged, and supplied to the DC load 5.
しかしながら、交流電源１に停電が発生した場合、交流駆動機器３への電力供給が停止してしまうため、コンバータまたは蓄電装置の冷却ができない状態となってしまう。これに対して、蓄電装置６から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータを別途設けて交流駆動機器３に供給する手段、または交流駆動機器３を直流対応の機器に変更する等の手段がとられる。しかし、別途インバータを設けてしまうと、直流電源装置２００に新たに設置スペースが必要であり、装置自体が大型化してしまう。さらに別途設けたインバータの冷却も必要となってしまう。また、交流駆動機器３を直流電力対応の機器に変更しても、選択できる機器が限定されてしまい、大容量化が困難となってしまう。 However, when a power failure occurs in the AC power supply 1, power supply to the AC drive device 3 is stopped, so that the converter or the power storage device cannot be cooled. On the other hand, a means for separately providing an inverter for converting the DC power supplied from the power storage device 6 into AC power and supplying the inverter to the AC driving device 3, or a means for changing the AC driving device 3 to a DC compatible device, etc. Is taken. However, if a separate inverter is provided, a new installation space is required for the DC power supply device 200, and the device itself becomes large. Furthermore, cooling of the inverter provided separately is also needed. Further, even if the AC drive device 3 is changed to a device that supports DC power, the devices that can be selected are limited, and it is difficult to increase the capacity .
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、交流電源停電時においても、別途インバータを設ける事無く交流駆動機器を継続して動作させることが可能な３レベル電力変換装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a three-level power conversion capable of continuously operating an AC drive device without providing an additional inverter even when an AC power supply is interrupted. Is to provide a device.
上記課題を解決するために、本発明は以下の技術的特徴を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following technical features.
交流電源から供給される交流電力を変換し、負荷に直流電力を供給するＰＷＭコンバータと、前記交流電源と前記ＰＷＭコンバータとの間に介挿される開閉器と、前記交流電源から供給される交流電力で動作し、前記開閉器と前記ＰＷＭコンバータとの間に接続される交流駆動機器と、前記双方コンバータの出力側に接続され、前記交流電源の停電時に前記負荷に直流電力を供給するバッテリと、前記ＰＷＭコンバータ、前記開閉器および前記バッテリを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記交流電源の停電が発生した場合、前記開閉器を開くとともに、前記ＰＷＭコンバータが前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換して前記交流駆動機器に交流電力を供給するように制御することを特徴とする直流給電型無停電電源装置である。 A PWM converter that converts AC power supplied from an AC power source and supplies DC power to a load, a switch interposed between the AC power source and the PWM converter, and AC power supplied from the AC power source An AC drive device connected between the switch and the PWM converter, a battery connected to the output side of the both converters, and supplying DC power to the load at the time of a power failure of the AC power supply, A control unit that controls the PWM converter, the switch, and the battery, and the control unit opens the switch when a power failure occurs in the AC power supply, and the PWM converter is connected to the battery from the battery. A DC power supply type uninterruptible power supply device, characterized in that control is performed so as to convert DC power into AC power and supply AC power to the AC drive device. A.
上記のような構成とすることで、交流電源１に異常が発生した場合においても、交流駆動機器に別途インバータを設ける必要がなく、冷却ファン等の交流駆動機器３の継続動作可能となる。また、ＰＷＭコンバータの停止から開閉器の再投入までの間に所定の期間を設けることで、交流駆動機器３内部の残留エネルギーを消費させ、交流電源１への突入電流を抑制することができる。 With the above configuration, even when an abnormality occurs in the AC power supply 1, it is not necessary to provide a separate inverter for the AC drive device, and the AC drive device 3 such as a cooling fan can be continuously operated. Further, by providing a predetermined period between the stop of the PWM converter and the re-opening of the switch, the residual energy inside the AC drive device 3 can be consumed, and the inrush current to the AC power source 1 can be suppressed.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図１〜図５を参照して、本発明の実施形態による直流電源装置１００の構成について説明する。図７に示した従来の直流電源２００と同様の箇所は、同じ番号を付与している
図１に示すように、直流電源１００は、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６、交流駆動機器３の他に、第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、交流フィルタ４、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６、を備える。
With reference to FIGS. 1-5, the structure of the DC power supply device 100 by embodiment of this invention is demonstrated. The same parts as those of the conventional DC power supply 200 shown in FIG. 7 are given the same numbers. As shown in FIG. 1, the DC power supply 100 includes the PWM converter 5, the power storage device 6, and the AC drive device 3. The first voltage detector 21, the second voltage detector 22, the first current detector 23, the AC filter 4, the second current detector 24, the third voltage detector 25, the third current detector Part 26.
ＰＷＭコンバータ５は、入力側が交流電源に接続され、出力側は直流負荷７に接続されている。ＰＷＭコンバータ５と交流電源１との間には、開閉器２が介挿され、開閉器２とＰＷＭコンバータ５との間には交流駆動機器３と入力フィルタ４が接続されている。また、ＰＷＭコンバータ５と直流負荷７との間には、蓄電装置６が接続されている。また、制御装置８は、図示しない信号線により、開閉器２、交流駆動機器３、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６を制御する。開閉器２の交流電源１側には、交流第１の電圧検出部２１が設けられ、他方側には交流第２の電圧検出部２２が設けられている。また入力フィルタ４への入力電流を検出する第１の電流検出部２３が設けられている。加えて蓄電装置６への電流を検出する第２の電流検出部２４、直流負荷７への負荷電流と電圧を検出する第３の電流検出部２６と第３の電圧検出部２５が設けられている。 The PWM converter 5 has an input side connected to an AC power source and an output side connected to a DC load 7. A switch 2 is inserted between the PWM converter 5 and the AC power supply 1, and an AC drive device 3 and an input filter 4 are connected between the switch 2 and the PWM converter 5. A power storage device 6 is connected between the PWM converter 5 and the DC load 7. In addition, the control device 8 controls the switch 2, the AC drive device 3, the PWM converter 5, and the power storage device 6 by a signal line (not shown). An AC first voltage detection unit 21 is provided on the AC power supply 1 side of the switch 2, and an AC second voltage detection unit 22 is provided on the other side. A first current detector 23 that detects an input current to the input filter 4 is provided. In addition, a second current detection unit 24 that detects current to the power storage device 6, a third current detection unit 26 that detects load current and voltage to the DC load 7, and a third voltage detection unit 25 are provided. Yes.
ＰＷＭコンバータ５はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子を含む電力変換回路を備え、半導体素子のオンオフにより上記電力を変換している。半導体素子のオンオフは後述する制御装置８により制御される。なお、電力変換回路は３レベルの電力変換器であってもよい交流駆動機器３は、ＰＷＭコンバータ５を冷却するための冷却ファンを含むが、これに限らず交流電力にて動作する装置であればよい。本実施形態では、交流駆動機器３は、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６を冷却するための冷却ファンである。 The PWM converter 5 includes a power conversion circuit including a semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and converts the power by turning on and off the semiconductor element. On / off of the semiconductor element is controlled by a control device 8 to be described later. The AC converter 3 may be a three-level power converter. The AC drive device 3 includes a cooling fan for cooling the PWM converter 5, but is not limited thereto, and may be a device that operates with AC power. That's fine. In the present embodiment, the AC drive device 3 is a cooling fan for cooling the PWM converter 5 and the power storage device 6.
交流フィルタ４は、リアクトル４ａ、コンデンサ４ｂを備え、交流電源１またはＰＷＭコンバータ５からの高調波電流を低減する。 The AC filter 4 includes a reactor 4a and a capacitor 4b, and reduces the harmonic current from the AC power supply 1 or the PWM converter 5.
制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５、開閉器２、交流駆動機器３を制御するように構成されている。本実施形態において、制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードとインバータ運転モードに切り替え可能に構成されている。コンバータ運転モードとは交流電源１の交流電力を直流電力へ変換するモードであり、インバータ運転モードとは直流電力を交流電力に変換するモードである。 The control device 8 is configured to control the PWM converter 5, the switch 2, and the AC drive device 3. In the present embodiment, the control device 8 is configured to be able to switch the PWM converter 5 between a converter operation mode and an inverter operation mode. The converter operation mode is a mode for converting AC power of the AC power source 1 into DC power, and the inverter operation mode is a mode for converting DC power into AC power.
＜直流電源１００の動作＞
まず交流電源１が健全な場合、直流電源１００は、開閉器２を閉じ、交流電源１から交流電力の供給を受けている。ＰＷＭコンバータ５は、供給された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を蓄電装置６へ充電するとともに、直流負荷７へ供給する。なお、直流電源１００は、蓄電装置６とＰＷＭコンバータ５の出力線との間に直流-直流変換器を設けても良い。直流-直流変換器は、蓄電装置６の出力電圧を昇圧してＰＷＭコンバータ５の出力側に供給する。また、直流-直流変換器は、ＰＷＭコンバータ５の出力電圧を降圧して、蓄電装置６を充電する。直流-直流変換器を設けることで、ＰＷＭコンバータ５の出力電圧を安定させることができるだけなく、蓄電装置６の容量を小さくすることができるため直流電源１００における蓄電装置６の占有容量を抑制することができる。
<Operation of DC power supply 100>
First, when the AC power source 1 is healthy, the DC power source 100 closes the switch 2 and is supplied with AC power from the AC power source 1. The PWM converter 5 converts the supplied AC power into DC power, charges the power storage device 6 with the DC power, and supplies it to the DC load 7. DC power supply 100 may be provided with a DC-DC converter between power storage device 6 and the output line of PWM converter 5. The DC-DC converter boosts the output voltage of the power storage device 6 and supplies it to the output side of the PWM converter 5. The DC-DC converter steps down the output voltage of the PWM converter 5 and charges the power storage device 6. By providing the DC-DC converter, not only can the output voltage of the PWM converter 5 be stabilized, but also the capacity of the power storage device 6 can be reduced, so that the occupied capacity of the power storage device 6 in the DC power supply 100 is suppressed. Can do.
制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードで運転する。制御装置８は、第３の電圧検出部２５で検出した出力電圧ＶＤＣまたは第３の電流検出部２６で検出したＩｏｕｔに基づいて、ＰＷＭコンバータ５を制御している。 Control device 8 operates PWM converter 5 in the converter operation mode. The control device 8 controls the PWM converter 5 based on the output voltage VDC detected by the third voltage detection unit 25 or Iout detected by the third current detection unit 26 .
図２は、交流電源１が健全な場合における第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している。 FIG. 2 shows a first voltage detector 21, a second voltage detector 22, a first current detector 23, a second current detector 24, and a third voltage detector when the AC power source 1 is healthy. 25 shows a detection waveform of the third current detection unit 26.
図２は、交流電源１から供給される電流と電圧の各位相と周波数が、同一の場合を示している。このとき制御装置８は、蓄電装置６の充電電流Ｉｂａｔを第２の電流検出部２４による検出結果に基づき一定となるように制御している。 FIG. 2 shows a case where the phases and frequencies of the current and voltage supplied from the AC power supply 1 are the same. At this time, the control device 8 controls the charging current Ibat of the power storage device 6 to be constant based on the detection result by the second current detection unit 24 .
次に、交流電源１に停電が発生した場合を説明する。交流電源１に停電が発生した場合、制御装置８は、開閉器２を遮断し、ＰＷＭコンバータ５の動作を停止させる。さらに制御装置８は、蓄電装置６から直流負荷７への電力の供給を開始させる。なお、交流電源１の停電発生は、制御装置８が、電圧検出器２１または２２で検出した電圧が正常範囲から逸脱したか否かで判断する。 In the following, a case where power failure occurs to the AC power supply 1. When a power failure occurs in the AC power supply 1, the control device 8 shuts off the switch 2 and stops the operation of the PWM converter 5. Furthermore, the control device 8 starts supplying power from the power storage device 6 to the DC load 7. The occurrence of a power failure of the AC power supply 1 is determined by whether or not the voltage detected by the voltage detector 21 or 22 has deviated from the normal range.
図３は、交流電源１に停電が発生したときの第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している。 FIG. 3 shows a first voltage detection unit 21, a second voltage detection unit 22, a first current detection unit 23, a second current detection unit 24, and a third voltage when a power failure occurs in the AC power supply 1. The detection waveforms of the detection unit 25 and the third current detection unit 26 are shown .
時点ｔ１で交流電源１の停電が発生し、停電発生を検知した制御装置８は、開閉器２へ遮断を指令し、ＰＷＭコンバータ５の動作を停止させるとともに、蓄電装置６から直流負荷７への電力供給を開始させる。さらに制御装置８は、第２の電圧検出部２２にてＶｒｅｃまたは第１の電流検出部２３にてＩｒｅｃが零になった時点ｔ２から、Ｖｒｅｃが第１の所定時間（確認時限）の間で、電圧の極性がなく電圧が印可されていない状態（無電圧）であることを確認する。制御装置８は、Ｖｒｅｃが無電圧であることを確認した後、時点ｔ３において、ＰＷＭコンバータ５をインバータ運転モードに切り替えて、蓄電装置６から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流駆動機器３に交流電力を供給する。これにより交流駆動機器３は動作が再開する。図３では、ＰＷＭコンバータ５は、交流駆動機器３に必要な電力のみ供給するため、時点ｔ３における第１の電流検出部２３の電流波形は逆位相でかつ振幅が小さくなっている。本実施形態では、第１の電流検出部２３の電流波形の振幅は小さくなっているが、交流駆動機器３の必要電力によるため、振幅は大きくなっていても構わない。 Blackout occurs AC power source 1 at time point t1, the control unit 8 which detects the power failure occurred, and commands a shut-off to the switch 2, to stop the operation of the PWM converter 5, the power storage device 6 to the DC load 7 Start the power supply. Further, the control device 8 determines that Vrec is within a first predetermined time (confirmation time period) from time t2 when Vrec is zero in the second voltage detection unit 22 or Irec is zero in the first current detection unit 23. Confirm that there is no voltage polarity and no voltage is applied (no voltage). After confirming that Vrec is no voltage, control device 8 switches PWM converter 5 to the inverter operation mode at time point t3 to convert the DC power supplied from power storage device 6 into AC power, and AC drive AC power is supplied to the device 3. Thereby, the operation of the AC drive device 3 resumes. In FIG. 3, since the PWM converter 5 supplies only the necessary power to the AC drive device 3, the current waveform of the first current detection unit 23 at the time point t3 has an opposite phase and a small amplitude. In the present embodiment, the amplitude of the current waveform of the first current detection unit 23 is small, but the amplitude may be large because of the required power of the AC drive device 3.
このように制御装置８が、ＰＷＭコンバータ５をインバータ運転モードに切り替えて交流電力を供給させることで、交流駆動機器３の運転が再開可能となる。すなわち、交流電源１が停電時においても、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６の冷却の再開が可能となる。本実施形態では、第１の所定時間である確認時限は、交流電源１の交流電力の周期程度の時間としているが、制御装置８が、交流電源１の停電発生を判別できる時間であれば、これに限らない。 As described above, the control device 8 switches the PWM converter 5 to the inverter operation mode and supplies the AC power, so that the operation of the AC drive device 3 can be resumed. That is, the cooling of the PWM converter 5 and the power storage device 6 can be resumed even when the AC power supply 1 is in a power failure. In the present embodiment, the confirmation time period that is the first predetermined time is set to a time that is about the period of the AC power of the AC power supply 1, but if the control device 8 can determine the occurrence of a power failure of the AC power supply 1, Not limited to this.
交流電源１の停電発生後は、開閉器２は遮断されているため、ＰＷＭコンバータ５から供給される交流電力が、交流電源１へ逆流することが防止される。このため、交流電源１に接続されている直流電源装置１００とは別個の機器が、交流電源１が復電したと誤判断することがない。また、第１の所定時間を設けることで、交流駆動機器３内の残留エネルギーを消費させることができるため、交流フィルタ４の突入電流を低減することができる。なお、制御装置８は、第２の電圧検出部２２の電圧または第１の電流検出部２３の電流に基づいて、残留エネルギーが消費されたことを確認し、第１の所定時間を終了させる。または制御装置８に、残留エネルギーが消費されるのに十分な時間を、第１の所定時間として予め設定してもよい。 Since the switch 2 is cut off after the occurrence of a power failure in the AC power supply 1, the AC power supplied from the PWM converter 5 is prevented from flowing back to the AC power supply 1. For this reason, a device different from the DC power supply device 100 connected to the AC power supply 1 does not erroneously determine that the AC power supply 1 has recovered. Moreover, since the residual energy in the AC drive device 3 can be consumed by providing the first predetermined time, the inrush current of the AC filter 4 can be reduced. The control device 8 confirms that the residual energy has been consumed based on the voltage of the second voltage detection unit 22 or the current of the first current detection unit 23, and ends the first predetermined time. Alternatively, a time sufficient for the residual energy to be consumed may be preset in the control device 8 as the first predetermined time.
次に、交流電源１が復電した場合の動作を説明する。交流電源１が復電した場合、制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５のインバータ運転モード動作を停止させ、交流駆動機器３への電力供給を停止させる。その後、制御装置８は開閉器２を接続状態とし、第３の所定時間（無電圧確認時限）経過後に、蓄電装置６から直流負荷７への電力供給を停止させるとともに、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードに切り替えて動作させる。ＰＷＭコンバータ５は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置６に充電するとともに、直流負荷７に供給する。 Next, an operation when the AC power supply 1 is restored will be described. When the AC power supply 1 recovers, the control device 8 stops the inverter operation mode operation of the PWM converter 5 and stops the power supply to the AC drive device 3. Thereafter, the control device 8 puts the switch 2 into a connected state, and after the third predetermined time (no-voltage confirmation time limit) has elapsed, the power supply from the power storage device 6 to the DC load 7 is stopped and the PWM converter 5 is operated as a converter. Switch to mode and operate. The PWM converter 5 converts AC power from the AC power source 1 into DC power, charges the power storage device 6, and supplies it to the DC load 7.
図４は、交流電源１が復電した場合の第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している。時点ｔ４において、交流電源１が復電した場合、制御装置８は、第２の電圧検出部２２で検出される電圧が、時点ｔ４からｔ５までの第２の所定時間（電圧復帰確認時限）の間で正常範囲である場合に、交流電源１が復電したと判断する。そして時点ｔ５で、制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５のインバータ運転モードを停止させる。その後、制御装置８は、第３の所定時間（無電圧確認時限）の間、第２の電圧検出部２２で検出された電圧が無電圧であることを確認し、時点ｔ６において、開閉器２を接続状態とし、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードに切り替えるとともに、蓄電装置６から直流負荷７への放電を停止させ、充電動作に切り替える。 FIG. 4 shows the first voltage detection unit 21, the second voltage detection unit 22, the first current detection unit 23, the second current detection unit 24, and the third voltage detection when the AC power supply 1 is restored. The detection waveforms of the unit 25 and the third current detection unit 26 are shown. When the AC power source 1 is restored at time t4, the control device 8 determines that the voltage detected by the second voltage detection unit 22 is the second predetermined time (voltage return confirmation time limit) from time t4 to t5. It is determined that the AC power source 1 has been restored when the power is within the normal range. At time t5, the control device 8 stops the inverter operation mode of the PWM converter 5. Thereafter, the control device 8 confirms that the voltage detected by the second voltage detector 22 is non-voltage for a third predetermined time (no-voltage confirmation time period), and at time t6, the switch 2 Is connected, and the PWM converter 5 is switched to the converter operation mode, the discharge from the power storage device 6 to the DC load 7 is stopped, and the charging operation is switched.
次に、図５は、交流電源１が復電した場合の変形例であり、第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している時点ｔ７において交流電源１が復電した場合、制御装置８は、第２の電圧検出部２２で検出された電圧が時点ｔ７から時点ｔ８までの第２の所定時間（電圧復帰確認時限）で正常範囲である場合に、交流電源１が復電したと判断する。その後ｔ８から制御装置８は、第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２の検出電圧に基づいて、ＰＷＭコンバータ５から出力される交流電力の周波数と位相を調整し、第１の電圧検出部２１の交流電圧に同期させるよう制御する。時点ｔ８から時点ｔ９の間で交流電源１とＰＷＭコンバータ５から出力される周波数と位相が一致している場合に同期完了したと判断する。そして時点ｔ９から第４の所定時間後、制御装置８は開閉器２を接続状態にするとともに、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードに切り替え、蓄電装置６の直流負荷７への放電を停止して、充電動作に切り替える。 Next, FIG. 5 is a modified example when the AC power source 1 is restored, and the first voltage detection unit 21, the second voltage detection unit 22, the first current detection unit 23, and the second current detection. When the AC power source 1 is restored at time t7 showing the detection waveforms of the unit 24, the third voltage detection unit 25, and the third current detection unit 26, the control device 8 is connected to the second voltage detection unit 22. When the detected voltage is in the normal range for the second predetermined time (voltage return confirmation time limit) from time t7 to time t8, it is determined that AC power supply 1 has recovered. After that, from t8, the control device 8 adjusts the frequency and phase of the AC power output from the PWM converter 5 based on the detection voltages of the first voltage detection unit 21 and the second voltage detection unit 22, and the first voltage detection unit 21 and the second voltage detection unit 22 Control is performed to synchronize with the AC voltage of the voltage detector 21. When the frequency and the phase output from the AC power supply 1 and the PWM converter 5 match between the time t8 and the time t9, it is determined that the synchronization is completed. Then, after a fourth predetermined time from time t9, the control device 8 puts the switch 2 in the connected state, switches the PWM converter 5 to the converter operation mode, stops the discharge of the power storage device 6 to the DC load 7, Switch to charging operation.
これにより、例えば開閉器２と交流駆動機器３の間に変圧器を搭載する場合には、上記方法により励磁電流を印加させた上で開閉器２を投入することができる。そのため変圧器への励磁突入電流を低減させることができる。 Thereby, for example, when a transformer is mounted between the switch 2 and the AC drive device 3, the switch 2 can be turned on after applying an excitation current by the above method. Therefore, the magnetizing inrush current to the transformer can be reduced .
以上、本発明を実施形態に沿って説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、変更または改良を加えることが可能であることは当業者には明らかである。 On more than has been described with reference to embodiments of the present invention, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that changes or modifications can be made to the above embodiment.
１ 交流電源
２ 開閉器
３、交流駆動機器
４ 交流フィルタ
４ａ リアクトル
４ｂ コンデンサ
５、ＰＷＭコンバータ
６、蓄電装置
７、直流負荷
２１、第１の電圧検出部
２２、第２の電圧検出部
２３、第１の電流検出部
２４、第２の電流検出部
２５、第３の電圧検出部
２６、第３の電流検出部
１００、２００、直流電源装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC power supply 2 Switch 3, AC drive apparatus 4 AC filter 4a Reactor 4b Capacitor 5, PWM converter 6, electrical storage apparatus 7, DC load 21, 1st voltage detection part
22, 2nd voltage detection part 23, 1st electric current detection part 24, 2nd electric current detection part 25, 3rd voltage detection part 26, 3rd electric current detection part 100, 200, DC power supply device
Claims (7)
前記交流電源と前記ＰＷＭコンバータとの間に介挿される開閉器と、
前記交流電源から供給される交流電力で動作し、前記開閉器と前記ＰＷＭコンバータとの間に接続される交流駆動機器と、
前記ＰＷＭコンバータの出力側に接続され、前記交流電源の停電時に前記負荷に直流電力を供給する蓄電装置と、
前記ＰＷＭコンバータ、前記開閉器および前記蓄電装置を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記交流電源の停電が発生した場合、前記開閉器を開くとともに、前記ＰＷＭコンバータが前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記交流駆動機器に交流電力を供給するように制御すること
を特徴とする無停電電源装置。 A PWM converter that converts AC power supplied from an AC power source and supplies DC power to a load;
A switch interposed between the AC power supply and the PWM converter;
AC drive device that operates with AC power supplied from the AC power source and is connected between the switch and the PWM converter;
A power storage device connected to the output side of the PWM converter and supplying DC power to the load during a power failure of the AC power supply;
A control unit for controlling the PWM converter, the switch and the power storage device;
With
When the AC power supply fails, the control unit opens the switch, and the PWM converter converts DC power from the power storage device into AC power and supplies AC power to the AC driving device. An uninterruptible power supply characterized by controlling as follows.
前記交流電源に停電を検知した場合は、前記開閉器を遮断し、前記ＰＷＭコンバータの動作を停止し、第１の所定の時間後に前記ＰＷＭコンバータをインバータ動作モードに切り替えて、動作させて前記交流駆動機器に交流電力を供給するように制御すること
を特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。 The controller is
When a power failure is detected in the AC power supply, the switch is shut off, the operation of the PWM converter is stopped, and after a first predetermined time, the PWM converter is switched to an inverter operation mode to operate and the AC 2. The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein control is performed so as to supply alternating current power to the drive device.
前記交流電源に停電を検知した場合は、前記開閉器を遮断し、前記ＰＷＭコンバータの動作を停止し、前記交流駆動機器の残留エネルギーが所定の値より低くなったことを確認後に前記ＰＷＭコンバータをインバータ動作モードに切り替えて、動作させて前記交流駆動機器に交流電力を供給するように制御すること
を特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。 The controller is
When a power failure is detected in the AC power supply, the switch is shut off, the operation of the PWM converter is stopped, and the PWM converter is turned on after confirming that the residual energy of the AC drive device is lower than a predetermined value. 2. The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein control is performed so as to switch to an inverter operation mode and operate to supply AC power to the AC drive device.
前記交流電源が復電を検知した場合は、前記ＰＷＭコンバータのインバータ動作を停止し、第３の所定の時間後にコンバータ動作モードに切り替えて、動作させる
ことを特徴する請求項１から３のいずれか一項に記載の無停電電源装置。 The controller is
4. When the AC power supply detects power recovery, the inverter operation of the PWM converter is stopped and switched to the converter operation mode after a third predetermined time to operate. The uninterruptible power supply according to one item.
前記交流電源の復電を検知した場合は、前記交流電源の周波数及び位相と同期させた対向電圧を前記ＰＷＭコンバータの入力側に出力するように制御する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の無停電電源装置。 The controller is
5. The control according to claim 1, wherein, when power recovery of the AC power supply is detected, control is performed such that a counter voltage synchronized with the frequency and phase of the AC power supply is output to the input side of the PWM converter. The uninterruptible power supply as described in any one.
前記蓄電装置と前記ＰＷＭコンバータ出力との間に蓄電装置の充放電を制御するための昇降圧チョッパ部をさらに備える。 The DC power supply type uninterruptible device according to claim 1,
A step-up / step-down chopper unit for controlling charge / discharge of the power storage device is further provided between the power storage device and the PWM converter output.
３レベル電力変換回路である
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の無停電電源装置。
The PWM converter
The uninterruptible power supply according to any one of claims 1 to 6, which is a three-level power conversion circuit.
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2018
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