JP4455787B2

JP4455787B2 - 無停電電源装置および電圧異常検出方法

Info

Publication number: JP4455787B2
Application number: JP2001243282A
Authority: JP
Inventors: 忍伊藤
Original assignee: Ｔｄｋラムダ株式会社
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: JP2003061262A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力電源の電圧異常を検出すると、電力源を入力電源からバッテリへ切り換える無停電電源装置、および、その無停電電源装置などにおいて入力電源の電圧異常を検出するための電圧異常検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、無停電電源装置の使用形態の例を示すブロック図である。図６（Ａ）に示す使用形態においては、無停電電源装置１０１は、この場合の入力電源である商用電源１０２と負荷１０３との間に配置され、商用電源１０２から得られる電力を内蔵のバッテリに蓄積したり、そのまま負荷１０３へ供給したりするとともに、商用電源１０２の電圧異常を検出すると、電力源を商用電源１０２から内蔵のバッテリへ切り換えて、負荷１０３への電力供給を継続する。
【０００３】
図６（Ｂ）に示す使用形態は、インテリジェントビルディングや病院などの建物２０１に無停電電源装置１０１が設置される例である。この使用形態の場合、建物２０１には、商用電源１０２が接続されるとともに、非常用のエンジン発電機１０４が設置されている。そして、電力供給源を商用電源１０２またはエンジン発電機１０４に切り換えるための切換装置１０５が設けられ、切換装置１０５の負荷側に耐雷トランス１０６が接続されている。そして、無停電電源装置１０１が、耐雷トランス１０６と負荷１０３との間に配置されている。この場合、耐雷トランス１０６を含めその上流側が、この無停電電源装置１０１に対して入力電源となる。
【０００４】
この場合、商用電源１０２の電圧異常を検出し、エンジン発電機１０４が起動処理をしている期間について、無停電電源装置１０１は、電力源を商用電源１０２から内蔵のバッテリへ切り換えて負荷１０３への電力供給を継続し、その後、エンジン発電機１０４の起動が完了すると、切換装置１０５によりエンジン発電機１０４を負荷側に接続し、無停電電源装置１０１は、エンジン発電機１０４により供給される電力を負荷１０３に供給する。
【０００５】
このように、無停電電源装置１０１は、商用電源１０２に直接接続される他、耐雷トランス１０６を介して商用電源１０２へ接続されることもある。
【０００６】
無停電電源装置１０１が耐雷トランス１０６を介して商用電源１０２へ接続された場合、耐雷トランス１０６のインピーダンスや、耐雷トランス１０６に接続される整流器などの負荷によっては、無停電電源装置１０１への入力電源の電圧波形の歪率が高くなることがある。
【０００７】
図７は、無停電電源装置１０１へ供給される電圧の波形の例を示す図であり、図７（Ａ）は、歪率が低い場合の波形を示しており、図７（Ｂ）は、歪率が高い場合の波形を示している。
【０００８】
従来の無停電電源装置は、入力電源の電圧波形を示す特性値が所定の範囲外となった場合に、入力電源に電圧異常が生じたと判定するため、このように入力電源の電圧波形の歪率が高い場合、頻繁に、電圧異常を検出することになり、入力電源と内蔵バッテリとの間で電力源の切り換えが頻繁に発生することになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の無停電電源装置を使用した場合、入力電源の質によっては電圧波形の歪率が高く電力源の切り換えが頻繁に発生してしまうため、内蔵バッテリの寿命が短くなってしまうという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、入力電源の質が良好ではない場合であっても内蔵バッテリの寿命を良好に保つことを可能とする無停電電源装置および電圧異常検出方法を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の無停電電源装置は、入力電源の電圧異常を検出すると、電力源を入力電源からバッテリへ切り換える無停電電源装置において、入力電源の電圧波形を示す特性値が所定の範囲内にあるか否かに基づいて、入力電源に電圧異常が発生しているか否かを判定する判定手段と、判定手段により入力電源に電圧異常が発生していると判定された場合に、電力源を入力電源からバッテリへ切り換える切換手段と、特性値の所定の範囲を決定する閾値を変更する閾値変更手段と、を備え、閾値変更手段は、所定の履歴蓄積期間に電力源の切り換えがなく、かつ当該無停電電源装置が電力を供給している負荷に異常があった場合には、その特性値に対する閾値を、その特性値が許容される所定の範囲が狭くなるように変更し、所定の履歴蓄積期間に電力源の切り換えが所定回数以上発生し、かつ当該無停電電源装置が電力を供給している負荷に異常が無い場合には、その特性値に対する閾値を、その特性値が許容される所定の範囲が広くなるように変更するものである。
【００１２】
この無停電電源装置を利用すると、入力電源の質が良好ではない場合であっても、内蔵バッテリへの電力源の切り換えを適切にして内蔵バッテリの寿命を良好に保つことができる。
【００２１】
さらに、本発明の無停電電源装置は、上記発明の無停電電源装置に加え、入力電源の電圧波形を示す特性値として、ゼロクロス周期、電圧波形の傾き、波高値、実効値、波高率および波形率の少なくとも１つを使用するようにしたものである。
【００２２】
この無停電電源装置を利用すると、入力電源の電圧波形を適切に測定することができ、内蔵バッテリへの電力源の切り換えを適切に行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示すブロック図である。図１において、電力装置部１は、整流器１１、インバータ１２およびバッテリ１３を有し、図６に示した負荷１０３への電力の供給に係る部分である。なお、電力装置部１の構成については、他の方式のものでもよい。
【００２６】
制御回路２は、入力電源の電源電圧を監視し、必要に応じて電力装置部１を制御し、電力源を入力電源とバッテリ１３との間で切り換える回路である。
【００２７】
図２は、図１における制御回路２の構成を示すブロック図である。図２において、判定手段２１は、入力電源の電圧波形を示す特性値が所定の範囲内にあるか否かに基づいて、入力電源に電圧異常が発生しているか否かを判定する部分である。また、切換手段２２は、判定手段２１により入力電源に電圧異常が発生していると判定された場合に、電力源を入力電源からバッテリ１３へ切り換える制御を行う部分である。さらに、閾値変更手段２３は、入力電源の電圧波形を示す特性値の所定の範囲を決定する閾値を変更する部分である。
【００２８】
図１に戻り、記憶部３は、入力電源の電圧波形を示す特性値の所定の範囲を決定する閾値を記憶する不揮発性のＲＯＭやＲＡＭといった記憶回路である。
【００２９】
また、操作部４は、ユーザまたは作業員に操作されるスイッチ、キー、調節ダイアルなどといった装置である。
【００３０】
なお、制御回路２をＣＰＵとし、制御回路２の動作を記述した制御プログラムを記憶部３に記憶しておき、制御回路２がその制御プログラムに従って処理を行うようにしてもよい。
【００３１】
次に、上記装置の動作について説明する。
【００３２】
この実施の形態１に係る無停電電源装置では、運転前あるいは運転中に操作部４に対して所定の操作がされると、制御回路２の閾値変更手段２３は、その操作に応じて、入力電源の電圧波形を示す特性値の所定の範囲を決定する閾値を変更する。
【００３３】
ただし、この閾値の変更可能な範囲は、この無停電電源装置が正常に動作する範囲に限られる。すなわち、例えば、明らかに負荷１０３に悪影響があったり、電力源をバッテリ１３に切り換える際の遅延が大きくなったりするような値には、この閾値を変更できないように予め制限されている。
【００３４】
この際、例えば、閾値変更手段２３は、予め記憶部３に記憶されている複数の閾値のうちのいずれかをその操作に応じて選択する。あるいは、閾値変更手段２３が、その操作に応じた量や割合だけ閾値を変更するようにしてもよい。
【００３５】
このようにして、入力電源の電圧波形を示す特性値に対する閾値が必要に応じて変更・設定される。なお、初期値として、この閾値には、この無停電電源装置が正常に動作するような典型的な値が設定されている。
【００３６】
そして、通常状態においては、制御回路２は、電力装置部１を制御して、入力電源から得られる電力をバッテリ１３に蓄積させたり、そのまま負荷１０３へ供給させたりする。
【００３７】
この状態において、制御回路２は、入力電圧の電圧波形を監視している。この際、制御回路２における判定手段２１は、入力電源の電圧波形を示す特性値が所定の範囲を決定する上限側の閾値と下限側の閾値を記憶部３から読み出し、入力電源から測定される特性値がその所定の範囲内にあるか否かに基づいて、入力電源に電圧異常が発生しているか否かを判定する。また、制御回路２における切換手段２２は、判定手段２１により入力電源に電圧異常が発生していると判定された場合に、電力源を入力電源からバッテリ１３へ切り換えて、電力装置部１による負荷１０３への電力供給を継続させる。
【００３８】
また、電圧異常が解消された場合には、制御回路２は、電力源をバッテリ１３から入力電源へ切り換える。
【００３９】
次に、電圧異常検出時の動作の詳細について説明する。
【００４０】
一例として、この実施の形態１においては、入力電源の電圧波形を示す特性値として、ゼロクロス点の周期、波形の傾きおよび波高値を使用している。図３は、入力電圧の電圧波形のゼロクロス点を示す図であり、図４は、入力電圧の電圧波形の傾きおよび波高値を示す図である。
【００４１】
制御回路２は、入力電源の電圧値を監視し、その電圧値がゼロを跨いだ時点を図３に示すようにゼロクロス点Ｔｚとして検出し、そのゼロクロス点が出現する周期を測定する。
【００４２】
また、制御回路２は、入力電源の電圧値を監視し、例えば図４に示すように、電圧波形の位相が０〜π／３および２π／３〜πの範囲にある場合、その波形の傾きを測定する。波形の傾きは、ある位相θ２と位相θ１の位相差と、位相θ２のときの電圧値Ｖ２と位相θ１のときの電圧値Ｖ１の差との比として計算される。なお、傾きの測定は、０〜π／３および２π／３〜πの各範囲において、１または複数回ずつ行う。
【００４３】
さらに、制御回路２は、例えば図４に示すように、電圧波形の位相がπ／３〜２π／３の範囲にある場合、その範囲における電圧値の最大値を波高値Ｖｐとして検出する。
【００４４】
なお、ここでは、電圧波形の半周期のみについて説明したが、残りの半周期においても同様に、電圧波形の傾きおよび波高値の測定を行うようにしてもよい。
【００４５】
制御回路２は、例えばこのようにして測定した特性値が、所定の範囲内にあるか否かを判断する。この所定の範囲は、上限側の閾値と下限側の閾値との間の区間として定義され、これらの上限側の閾値と下限側の閾値は、記憶部３に予め記憶される。なお、場合によっては、上限側の閾値または下限側の閾値のみで上記所定の範囲を定義してもよい。
【００４６】
なお、電圧波形の傾きについては、０〜π／３の範囲において同一の閾値を使用するようにしてもよいし、電圧波形の位相ごとに異なる閾値を使用するようにしてもよい。
【００４７】
そして、制御回路２は、測定している特性値のうちの所定の数の特性値が所定の範囲外になったり、あるいは、ある特性値が所定の回数連続して所定の範囲外になったりした場合に、電圧異常が発生したと判定する。
【００４８】
このようにして、実施の形態１では、操作部４に対する所定の操作に応じて適宜変更された閾値と、入力電源の電圧波形を示す特性値との関係に基づいて、電圧異常が発生したか否かが判定されている。
【００４９】
以上のように、上記実施の形態１によれば、第１の効果として、判定手段２１が、入力電源の電圧波形を示す特性値が所定の範囲内にあるか否かに基づいて、入力電源に電圧異常が発生しているか否かを判定し、切換手段２２が、判定手段２１により入力電源に電圧異常が発生していると判定された場合に、電力源を入力電源からバッテリ１３へ切り換えるとともに、閾値変更手段２３が、その特性値の所定の範囲を決定する閾値を変更する。これにより、入力電源の質が良好ではない場合であっても、内蔵バッテリ１３への電力源の切り換えを適切にして内蔵バッテリ１３の寿命を良好に保つことができる。
【００５０】
また、上記実施の形態１によれば、第２の効果として、ユーザまたは作業員に操作される操作部４を備え、閾値変更手段２３が、操作部４に対する操作に応じて、その特性値の所定の範囲を決定する閾値を変更する。これにより、地域によって入力電源の質が異なる場合でも、上記閾値を適切にすることで、内蔵バッテリ１３への電力源の切り換えを適切にして内蔵バッテリ１３の寿命を良好に保つことができる。
【００５１】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置は、制御回路２の閾値変更手段２３が、判定手段２１により電圧異常が発生していると判定される頻度に基づいて、上記特性値の所定の範囲を決定する閾値を自動的に変更するようにしたものである。
【００５２】
なお、実施の形態２に係る無停電電源装置の構成は、実施の形態１に係る無停電電源装置における制御回路２を下記のとおり動作するように変更したものであり、他の部分については同様であるので、その説明を省略する。
【００５３】
次に、上記装置の動作について説明する。
【００５４】
本実施の形態２に係る無停電電源装置では、制御回路２は、電圧異常が発生したと判定すると、その発生時刻およびその電圧異常の因子である特性値を記憶部３に記憶し、所定の期間に所定の回数以上の電圧異常が発生した場合には、その電圧異常の因子となった特性値についての閾値を変更する。
【００５５】
なお、同一の特性値が、所定の期間に所定の回数以上の電圧異常の因子となった場合に、その電圧異常の因子となった特性値についての閾値を変更するようにしてもよい。
【００５６】
この場合、例えば、制御回路２の閾値変更手段２３は、その特性値が所定の範囲の上限側の閾値より大きければ上限側の閾値を変更し、その特性値が所定の範囲の下限側の閾値より小さければ下限側の閾値を変更するようにしてもよい。あるいは、所定の範囲の幅を変えずに、上限側および下限側の閾値を連動して変更するようにしてもよい。
【００５７】
また、閾値の変更の割合または量は、その電圧異常の因子となった特性値に応じて決定してもよいし、ユーザや作業員が予め設定しておくようにしてもよい。
【００５８】
なお、その他の動作について実施の形態１の場合と同様であるので、その説明を省略する。
【００５９】
以上のように、上記実施の形態２によれば、実施の形態１の第１の効果の他、閾値変更手段２３が、判定手段２１により電圧異常が発生していると判定される頻度に基づいて、上記特性値の所定の範囲を決定する閾値を変更するので、地域によって入力電源の質が異なる場合でも上記閾値が適切に設定され、内蔵バッテリ１３への電力源の切り換えが適切になり内蔵バッテリ１３の寿命を良好に保つことができる。
【００６０】
また、上記実施の形態２によれば、閾値変更手段２３が、上記特性値が所定の範囲の上限側の閾値より大きくなった場合には上限側の閾値を変更し、上記特性値が所定の範囲の下限側の閾値より小さくなった場合には下限側の閾値を変更するようにしたので、上記閾値がより適切に設定され、より内蔵バッテリの寿命を良好に保つことができる。
【００６１】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る無停電電源装置は、閾値変更手段２３が、操作部４に対する操作により指定された期間における上記特性値の履歴に基づいて、上記特性値の所定の範囲を決定する閾値を自動的に変更するようにしたものである。
【００６２】
なお、実施の形態３に係る無停電電源装置の構成は、実施の形態１，２に係る無停電電源装置における制御回路２を下記のとおり動作するように変更したものであり、他の部分については同様であるので、その説明を省略する。
【００６３】
次に、上記装置の動作について説明する。
【００６４】
本実施の形態２に係る無停電電源装置では、制御回路２は、ユーザや作業員が操作部４を操作して、ある期間における電圧波形を示す特性値の履歴を記憶部３に蓄積していき、その履歴に基づいてその特性値に対する閾値を変更する。例えば、この期間は、少なくとも１００周期の時間とするのが好ましい。また、過渡的に商用電源の負荷が上昇する時間帯などは避けて履歴を蓄積するのが好ましい。
【００６５】
例えば、制御回路２は、ユーザまたは作業員が操作部４に対して所定の操作を行うと、履歴蓄積を開始し、次にユーザまたは作業員が操作部４に対して所定の操作を行うと、履歴蓄積を終了する。そして、制御回路２は、その履歴蓄積の期間においてバッテリ１３への電力源の切り換えがなく、かつ負荷１０３などに異常があった場合には、その期間における特性値の履歴を考慮して、その特性値に対する閾値を、その特性値が許容される所定の範囲が狭くなるように変更する。すなわち、負荷１０３などに異常があったにも拘わらず電力源の切り換えがないということは、無停電電源の動作として好ましくないからである。一方、その履歴蓄積の期間においてバッテリ１３への電力源の切り換えが頻繁に発生し、かつ負荷１０３などに異常がない場合には、その期間における特性値の履歴を考慮して、その特性値に対する閾値を、その特性値が許容される所定の範囲が広くなるように変更する。この場合、その特性値に対する閾値は厳しすぎることになり、不必要に電力源の切り換えを行っていることになるため、そのような不必要な電力源の切り換えを抑制するために特性値の許容範囲が広くされる。
【００６６】
この際、負荷１０３などに異常があったか否かについてはユーザまたは作業員による操作に基づいて制御回路２が判断する。
【００６７】
なお、その他の動作について実施の形態１，２のいずれかの場合と同様であるので、その説明を省略する。
【００６８】
以上のように、上記実施の形態３によれば、実施の形態１または２による効果の他、ユーザまたは作業員に操作される操作部４を備え、閾値変更手段２３が、操作部４に対する操作により指定された期間における特性値の履歴に基づいて、特性値の所定の範囲を決定する閾値を変更する。これにより、地域によって入力電源の質が異なる場合でも上記閾値が適切に設定され、内蔵バッテリ１３への電力源の切り換えが適切になり内蔵バッテリ１３の寿命を良好に保つことができる。
【００６９】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る無停電電源装置は、入力電源の電圧波形を示す特性値の履歴データ、または各特性値に対する閾値を、通信回線または記録媒体を介して授受することができるようにしたものである。
【００７０】
図５は、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示すブロック図である。図５において、通信回路３１は、この無停電電源装置において測定した上記特性値の履歴データまたはそれに基づいて設定した各特性値に対する閾値を送信したり、他の無停電電源装置などにおいて測定された上記特性値の履歴データまたはそれに基づいて設定した各特性値に対する閾値を受信したりする回路である。なお、通信回路３１により利用可能な通信回線としては、例えば電話回線、インターネットなどのコンピュータネットワークの回線が考えられる。
【００７１】
また、駆動装置３２は、この無停電電源装置において測定した上記特性値の履歴データまたはそれに基づいて設定した各特性値に対する閾値を図示せぬ記録媒体に書き込んだり、他の無停電電源装置などにおいて測定された上記特性値の履歴データまたはそれに基づいて設定した各特性値に対する閾値を図示せぬ記録媒体から読み込んだりする装置である。なお、記録媒体としては、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＷ、ＭＯディスクなどの書き換え可能な記録媒体を使用することができる。また、履歴データの読み込みのみを行う場合には、書き換えのできないＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体を使用してもよい。
【００７２】
なお、図５における実施の形態４に係る無停電電源装置の構成は、実施の形態１〜３に係る無停電電源装置における制御回路２を下記のとおり動作するように変更したものであり、他の部分については同様であるので、その説明を省略する。
【００７３】
次に、上記装置の動作について説明する。
【００７４】
本実施の形態４では、制御回路２は、通信回路３１または駆動装置３２を制御して、通信回線または記録媒体を介して、この無停電電源装置において測定した上記特性値の履歴データまたはそれに基づいて設定した各特性値に対する閾値を記憶部３から読み出して図示せぬセンタや他の無停電電源装置へ供給する。
【００７５】
また、本実施の形態４では、制御回路２は、通信回路３１または駆動装置３２を制御して、通信回線または記録媒体を介して、他の無停電電源装置などにおいて測定された上記特性値の履歴データまたはそれに基づいて設定した各特性値に対する閾値を記憶部３へ記憶させ、その取得した履歴データを使用して各特性値に対する閾値を変更したり、その取得した閾値でこの装置内の各特性値に対する閾値を更新したりする。
【００７６】
なお、その他の動作については実施の形態１〜３のいずれかの場合と同様であるので、その説明を省略する。
【００７７】
以上のように、上記実施の形態４によれば、実施の形態１〜３のいずれかによる効果の他、入力電源の電圧波形を示す特性値の履歴データまたは各特性値に対する閾値を、通信回線または記録媒体を介して授受することができるようにしたので、例えば電源の質が同様である地域内においてデータの授受を行うことで特性値の履歴データまたは各特性値に対する閾値を供給することができ、適切な上記閾値を各無停電電源装置に簡単に設定することができる。また、各無停電電源装置における上記特性値の履歴データを簡単に取得でき、各無停電電源装置を簡単に管理することができる。
【００７８】
なお、入力電源の電圧波形を示す特性値としては、上記実施の形態１〜４において使用したものの他、実効値、波高率、波形率などを使用してもよい。これらの特性値を使用することで、入力電源の電圧波形を適切に測定することができ、内蔵バッテリ１３への電力源の切り換えを適切に行うことができる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明では、入力電源の質が良好ではない場合であっても内蔵バッテリの寿命を良好に保つことを可能とする無停電電源装置および電圧異常検出方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１における制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】入力電圧の電圧波形のゼロクロス点を示す図である。
【図４】入力電圧の電圧波形の傾きおよび波高値を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示すブロック図である。
【図６】無停電電源装置の使用形態の例を示すブロック図である。
【図７】無停電電源装置へ供給される電圧の波形の例を示す図である。
【符号の説明】
４操作部
２１判定手段
２２切換手段
２３閾値変更手段
１０１無停電電源装置

Claims

入力電源の電圧異常を検出すると、電力源を入力電源からバッテリへ切り換える無停電電源装置において、
入力電源の電圧波形を示す特性値が所定の範囲内にあるか否かに基づいて、上記入力電源に電圧異常が発生しているか否かを判定する判定手段と、
上記判定手段により上記入力電源に電圧異常が発生していると判定された場合に、電力源を上記入力電源から上記バッテリへ切り換える切換手段と、
上記特性値の所定の範囲を決定する閾値を変更する閾値変更手段と、
を備え、
上記閾値変更手段は、
所定の履歴蓄積期間に上記電力源の切り換えがなく、かつ当該無停電電源装置が電力を供給している負荷に異常があった場合には、その特性値に対する閾値を、その特性値が許容される所定の範囲が狭くなるように変更し、
所定の履歴蓄積期間に上記電力源の切り換えが所定回数以上発生し、かつ当該無停電電源装置が電力を供給している負荷に異常が無い場合には、その特性値に対する閾値を、その特性値が許容される所定の範囲が広くなるように変更する、
ことを特徴とする無停電電源装置。
前記入力電源の電圧波形を示す特性値は、ゼロクロス周期、電圧波形の傾き、波高値、実効値、波高率および波形率の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。