JP5109574B2

JP5109574B2 - 無停電電源装置

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Publication number: JP5109574B2
Application number: JP2007272240A
Authority: JP
Inventors: 康哉吉岡
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-10-19
Also published as: JP2009100618A

Description

本発明は無停電電源装置に関し、特に、無停電電源装置の並列運転による出力電流の不均衡を抑制する方法に適用して好適なものである。

コンピュータシステムなどでは、商用電源の停電時に電力の供給が途絶えるのを防止するために、無停電電源装置が用いられている。この無停電電源装置には、蓄電池などの直流電源が設けられ、商用電源の停電時に直流電源の直流をインバータにて交流に変換してから負荷に電力を供給する。このような無停電電源装置において、高効率化や低価格化を実現するために、無停電電源装置の直並列補償方式が提案されている（特許文献１）。

図４は、直並列補償方式を用いた無停電電源装置の概略構成を示すブロック図である。
図４において、無停電電源装置には、直流を交流に変換する直交変換器１、２が設けられ、直交変換器１は負荷５もしくは交流電源４に並列に接続されるとともに、直交変換器２は交流電源４と負荷５との間に直列に接続されている。また、直交変換器１、２には蓄電池などの直流電力貯蔵装置３が接続されるとともに、直交変換器２と交流電源４とを遮断するスイッチ６が設けられている。

そして、交流電源４が正常な場合、スイッチ６を投入し、交流電源４から出力された入力電圧Ｖ_ｉｎが直交変換器１を介して負荷５に供給されるとともに、直交変換器１にて直流電力貯蔵装置３の充電制御が行われる。
一方、交流電源４が停電した場合、スイッチ６が開放され、直流電力貯蔵装置３から出力された直流が直交変換器１にて交流に変換され、インバータ電流Ｉ_ｉｎｖが負荷５に供給されるとともに、負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが所定の値になるように出力電圧Ｖｓ_ｏｕｔが直交変換器２にて制御される。

このような無停電電源装置において、図５に示すように、交流電源４および負荷５を共通として複数台の無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２を並列運転させることで、システムの容量の拡充および信頼性の向上を図る方法がある。
この方法では、各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２と負荷５との間の配線インピーダンスＺ１、Ｚ２にずれがあると、各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２が分担する出力電流Ｉ_ｏｕｔに不均衡が発生し、システムの有効利用が妨げられることがある。例えば、各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２と負荷５との間の配線インピーダンスＺ１、Ｚ２の比率が１：２であったとすると、負荷５に供給される電力は２：１で分担される。
このような無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２の並列運転による各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２からの出力電流Ｉ_ｏｕｔの不均衡を抑制するために、交流電源４と負荷５との間に直列接続される直交変換器２を制御する方法がある。

図６は、従来の無停電電源装置の並列運転による出力電流の不均衡の抑制制御方法の一例を示すブロック図である。
図６において、図５の無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２には、図５の直交変換器２を制御する直列インバータ出力制御部５０１がそれぞれ設けられ、直列インバータ出力制御部５０１には、無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２間の直交変換器２の出力電流の不均衡を抑制するアンバランス抑制制御部５０２が設けられている。
ここで、直列インバータ出力制御部５０１には、出力電圧振幅指令Ｖ_ｏｕｔ^＊と自動調整器５０４からの出力とを加算する加算器４０１、負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの平均値（もしくは実効値）を算出する自動調整器５０６、加算器４０１から出力された出力電圧指令Ｖ_ｏｕｔ^＊＊と自動調整器５０６からの出力との偏差を算出する減算器４０２、各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２の出力電圧の振幅が所定値になるように振幅調整指令に変換する自動調整器５０３、加算器４０１から出力された電圧指令に基づいて直交変換器２をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部３５が設けられている。

また、アンバランス抑制制御部５０２には、負荷５に流れる負荷電流Ｉ_ｌｏａｄに分担比を乗算する乗算器４０３、乗算器４０３からの出力と各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２からの出力電流Ｉ_ｏｕｔとの瞬時偏差ΔＩを算出する減算器４０４、入力電圧Ｖ_ｉｎに同期した信号θを生成するＰＬＬ回路３１、ＰＬＬ回路３１にて生成された信号θを基準として、同相成分と９０°遅れ位相成分を瞬時偏差ΔＩから抽出し、有効電流成分ΔＩｐおよび無効電流成分ΔＩｑとしてそれぞれ出力する成分分解回路２６、有効電流成分ΔＩｐがゼロになるように振幅調整指令に変換する自動調整器５０４、無効電流成分ΔＩｑがゼロになるように位相調整指令に変換する自動調整器５０５、ＰＬＬ回路３１にて生成された信号θから同相基準正弦波を生成する基準正弦波生成部１８、ＰＬＬ回路３１にて生成された信号θから９０°位相遅れの基準正弦波を生成する基準正弦波生成部３３、自動調整器５０３からの出力と基準正弦波生成部１８からの出力とを乗算する乗算器４０６、自動調整器５０５からの出力と基準正弦波生成部３３からの出力とを乗算する乗算器４０８、乗算器４０６から出力された出力電圧指令有効分ΔＶｐ^＊と、乗算器４０８から出力された出力電圧指令無効分ΔＶｑ^＊とを加算する加算器４０７が設けられている。

そして、図５の無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２は負荷電流Ｉ_ｌｏａｄをそれぞれ検出し、アンバランス抑制制御部５０２の乗算器４０３に入力する。そして、乗算器４０３にて負荷電流Ｉ_ｌｏａｄに分担比が乗算され、減算器４０４に出力される。そして、減算器４０４にて乗算器４０３からの出力と各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２からの出力電流Ｉ_ｏｕｔとの瞬時偏差ΔＩが算出され、成分分解回路２６に出力される。また、ＰＬＬ回路３１には入力電圧Ｖ_ｉｎが入力され、入力電圧Ｖ_ｉｎに同期した信号θがＰＬＬ回路３１にて生成され、成分分解回路２６に出力される。そして、成分分解回路２６において、ＰＬＬ回路３１にて生成された信号θを基準として、同相成分と９０°遅れ位相成分が瞬時偏差ΔＩから抽出され、有効電流成分ΔＩｐおよび無効電流成分ΔＩｑとして自動調整器５０４、５０５にそれぞれ出力される。なお、成分分解回路２６としては、例えば、座標変換理論を利用する方法が特許文献２に開示されている。

そして、自動調整器５０４にて有効電流成分ΔＩｐがゼロになるように振幅調整指令に変換され、加算器４０１に入力されるとともに、自動調整器５０５にて無効電流成分ΔＩｑがゼロになるように位相調整指令に変換され、乗算器４０８に入力される。
また、加算器４０１には出力電圧振幅指令Ｖ_ｏｕｔ^＊が入力され、自動調整器５０４から出力された振幅調整指令と加算されることで、出力電圧指令Ｖ_ｏｕｔ^＊＊が生成され、減算器４０２に出力される。そして、減算器４０２において、加算器４０１から出力された出力電圧指令Ｖ_ｏｕｔ^＊＊と、自動調整器５０６から出力された出力電圧Ｖ_ｏｕｔの平均値との偏差が算出され、自動調整器５０３に出力される。そして、自動調整器５０３において、各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２の出力電圧の振幅が所定値になるように減算器４０２からの出力が振幅調整指令に変換され、乗算器４０６に入力される。

また、ＰＬＬ回路３１にて生成された信号θは基準正弦波生成部１８、３３に入力され、基準正弦波生成部１８にて同相基準正弦波が生成され、乗算器４０６に入力されるとともに、基準正弦波生成部３３にて９０°位相遅れの基準正弦波が生成され、乗算器４０８に入力される。
そして、乗算器４０６において、自動調整器５０３から出力された振幅調整指令と、基準正弦波生成部１８から出力された同相基準正弦波とが乗算されることで、出力電圧指令有効分ΔＶｐ^＊が生成され、加算器４０７に入力される。また、乗算器４０８において、自動調整器５０５から出力された位相調整指令と、基準正弦波生成部３３から出力された９０°位相遅れの基準正弦波とが乗算されることで、出力電圧指令無効分ΔＶｑ^＊が生成され、加算器４０７に入力される。

そして、加算器４０７において、乗算器４０６から出力された出力電圧指令有効分ΔＶｐ^＊と、乗算器４０８から出力された出力電圧指令無効分ΔＶｑ^＊とが加算されることで、電圧指令が生成され、ＰＷＭ制御部３５に入力される。
これにより、有効電流成分ΔＩｐにて直交変換器２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの位相制御を行うとともに、無効電流成分ΔＩｑにて直交変換器２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの振幅制御を行うことができ、無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２間の直交変換器２の出力電流の不均衡を抑制することができる。

図７は、従来の無停電電源装置の並列運転による出力電流の不均衡の抑制制御方法のその他の例を示すブロック図である。
図７において、直列インバータ出力制御部５１１には、無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２間の直交変換器２の出力電流の不均衡を抑制するアンバランス抑制制御部５１２が設けられている。
ここで、直列インバータ出力制御部５１１には、出力電圧振幅指令Ｖ_ｏｕｔ^＊と基準正弦波生成部１８にて生成された同相基準正弦波とを乗算する乗算器４１１、乗算器４１１からの出力と自動調整器６０１からの出力Δ_Ｖｏｕｔ^＊とを加算する加算器４１２、加算器４１２から出力された出力電圧指令Ｖ_ｏｕｔ^＊＊と出力電圧Ｖ_ｏｕｔとの偏差を算出する減算器４１３、各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２の出力電圧の振幅が所定値になるように振幅調整指令に変換する自動調整器５０３、自動調整器５０３からの出力と基準正弦波生成部１８にて生成された同相基準正弦波とを乗算する乗算器４１４、乗算器４１４から出力された電圧指令に基づいて直交変換器２をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部３５が設けられている。

また、アンバランス抑制制御部５１２には、負荷５に流れる負荷電流Ｉ_ｌｏａｄに分担比を乗算する乗算器４１５、乗算器４１５からの出力と各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２からの出力電流Ｉ_ｏｕｔとの瞬時偏差ΔＩを算出する減算器４１６、減算器４１６からの出力を自動調整する自動調整器６０１が設けられている。
そして、乗算器４１１には出力電圧振幅指令Ｖ_ｏｕｔ^＊が入力され、基準正弦波生成部１８にて生成された同相基準正弦波と乗算され、加算器４１２に出力される。

また、図５の無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２は負荷電流Ｉ_ｌｏａｄをそれぞれ検出し、アンバランス抑制制御部５１２の乗算器４１５に入力する。そして、乗算器４１５にて負荷電流Ｉ_ｌｏａｄに分担比が乗算され、減算器４１６に出力される。そして、減算器４１６にて乗算器４１５からの出力と各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２からの出力電流Ｉ_ｏｕｔとの瞬時偏差ΔＩが算出され、自動調整器６０１に出力される。そして、自動調整器６０１にて減算器４１６からの出力が自動調整された後、加算器４１２に入力される。そして、加算器４１２において、乗算器４１１からの出力と自動調整器６０１からの出力Δ_Ｖｏｕｔ^＊とが加算されることで、出力電圧指令Ｖ_ｏｕｔ^＊＊が生成され、減算器４１３に出力される。

そして、減算器４１３において、加算器４１２から出力された出力電圧指令Ｖ_ｏｕｔ^＊＊と、自動調整器６０１から出力された出力電圧Δ_Ｖｏｕｔ^＊との偏差が算出され、自動調整器５０３に出力される。そして、自動調整器５０３において、各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２の出力電圧の振幅が所定値になるように減算器４１３からの出力が振幅調整指令に変換され、乗算器４１４に入力される。
そして、乗算器４１４において、自動調整器５０３から出力された振幅調整指令と基準正弦波生成部１８にて生成された同相基準正弦波とが乗算されることで、電圧指令が生成され、ＰＷＭ制御部３５に入力される。

これらの図６または図７の構成では、直交変換器２の出力電圧制御を行うことで、各無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２と負荷５との間の配線インピーダンスＺ１、Ｚ２に依存することなく、所望の負荷電流を適切な分担比で供給することができる。
さらに、特許文献４には、特許文献３で提案されたインバータの並列運転方式である「電圧振幅および周波数に応じた出力電圧特性制御方式」を取り入れた電流バランス制御方法が開示されている。この電流バランス制御方法では、交流電源４と負荷５との間に直列に接続されている直交変換器２の出力電圧振幅値が、出力電流の実効値または無効電流に対して反比例するように制御される。
特許第３０８２８４９号公報特開２００４−１５６９８６号公報特開平１−９９４７７号公報特開２００５−３３３７７５号公報

しかしながら、図６または図７の構成では、負荷５もしくは交流電源４に並列接続された直交変換器１を制御することなく、交流電源４と負荷５との間に直列接続される直交変換器２のみを電圧制御するため、直交変換器１、２の制御対象電流成分が共通することによる相互の干渉が発生し、制御動作が不安定になるという問題があった。
また、負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの制御において、目標値追従性能を向上させるために電圧フィードバック制御が使用され、この電圧フィードバック制御の目標値に負荷分担量を電流指令値とした出力電流フィードバック制御を行うアンバランス抑制制御の操作量が加算されるため、これら双方の制御が干渉し、制御動作が不安定になるという問題があった。

また、特許文献４に開示された方法においても、直交変換器１、２の制御対象電流成分が共通することによる相互の干渉については対策がとられておらず、双方の制御が干渉し、制御動作が不安定になるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、直交変換器間の制御対象電流成分が共通することによる相互の干渉を低減しつつ、負荷との間の配線インピーダンスに起因する出力電流の不均衡を抑制することが可能な無停電電源装置の並列運転制御システムを提供することである。

上述した課題を解決するために、本発明のある態様による無停電電源装置は、直流電力を貯蔵する直流電力貯蔵装置と、交流電源と自装置との間の電力経路を開閉するスイッチと、直流回路部が前記直流電力貯蔵装置に接続され、交流回路部が負荷と並列接続され、前記スイッチの投入時には、前記負荷の電圧が所定値となるように前記直流電力貯蔵装置の直流を交流に変換して出力する第１の直交変換器と、直流回路部が前記直流電力貯蔵装置に接続され、交流回路部が前記スイッチと前記負荷との間に直列接続され、前記スイッチの投入時には、前記負荷の電圧が所定値となるように前記直流電力貯蔵装置の直流を交流に変換して出力する第２の直交変換器と、前記負荷に流れる負荷電流の分担分に含まれる前記交流電源電圧を基準とした基本波無効電流成分と高調波電流成分とに基づいて、前記第１の直交変換器の出力電流を制御する並列インバータ出力制御部と、前記負荷に流れる負荷電流の分担分と前記出力電流との差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした基本波有効電流成分と基本波無効電流成分とに基づいて、前記第２の直交変換器の出力電圧を制御する直列インバータ出力制御部とを備えることを特徴とする。

また、前記並列インバータ出力制御部は、前記負荷電流の分担分に含まれる前記交流電源電圧を基準とした基本波無効電流成分と高調波電流成分とを前記第１の直交変換器の出力電流指令とし、前記第１の直交変換器からの出力電流の検出値が前記出力電流指令に一致するように前記第１の直交変換器の出力電流を制御し、前記直列インバータ出力制御部は、前記負荷電流の分担分と前記無停電電源装置の出力電流との差分電流を求め、前記差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした基本波有効電流成分に対する調整器の出力を、前記交流電源電圧を基準とした前記無停電電源装置の負荷側の基本波無効電圧成分の目標値の補正量とするとともに、前記差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした基本波無効電流成分に対する調整器の出力を、前記交流電源電圧を基準とした前記無停電電源装置の負荷側の基本波有効電圧成分の目標値の補正量とし、前記無停電電源装置の負荷側電圧の検出値が前記補正された基本波無効電圧成分および基本波有効電圧成分の各目標値に一致するように前記第２の直交変換器の出力電圧を制御するようにしてもよい。

また、前記直列インバータ出力制御部は、前記差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした有効電流成分から高域高調波電流成分が除去された電流成分に対する調整器の出力を、前記第２の直交変換器の基本波有効分電圧指令の補正量とするとともに、前記差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした無効電流成分から高域高調波電流成分が除去された電流成分に対する調整器の出力を、前記第２の直交変換器の基本波無効分電圧指令の補正量とし、前記差分電流が減少するように前記第２の直交変換器の出力電圧を制御するようにしてもよい。

また、前記直列インバータ出力制御部は、前記差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした有効電流成分から高域高調波電流成分が除去された電流成分に対する調整器の出力と、前記差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした無効電流成分から高域高調波電流成分が除去された電流成分に対する調整器の出力とを、前記交流電源電圧を基準とした座標変換により交流電流成分に変換し、前記交流電流成分に基づいて前記第２の直交変換器の基本波交流出力電圧の指令値の補正量を生成し、前記差分電流が減少するように前記第２の直交変換器の出力電圧を制御するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、第２の直交変換器の電圧制御だけでなく、第１の直交変換器の電流制御を行いながら、無停電電源装置の並列運転による出力電流の不均衡を抑制することができる。このため、第２の直交変換器にて負荷側の電圧変動分を補正させた場合においても、第１の直交変換器の電流制御動作と干渉することなく、負荷分担電流を供給するための電圧制御を実現することができ、負荷との間の配線インピーダンスに依存することなく、安定した電圧を負荷に供給することが可能となるとともに、所望の負荷電流を適切な分担比で供給することが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る無停電電源装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る無停電電源装置の並列運転制御システムの概略構成を示すブロック図である。
図１において、無停電電源装置Ｍ１には、直流を交流に変換する直交変換器１、２が設けられ、直交変換器１は負荷５もしくは交流電源４に並列に接続されるとともに、直交変換器２は交流電源４と負荷５との間に直列に接続されている。また、直交変換器１、２には蓄電池などの直流電力貯蔵装置３が接続されるとともに、直交変換器２と交流電源４とを遮断するスイッチ６が設けられている。無停電電源装置Ｍ２も同様である。

ここで、直交変換器１は、スイッチ６の投入時には、交流を直流に変換して直流電力貯蔵装置３に電力を供給するとともに、スイッチ６の開放時には、負荷５の電圧が所定値になるように直流を交流に変換して出力することができる。また、直交変換器２は、負荷５の電圧が所定値になるように直流を交流に変換して出力することができる。
そして、無停電電源装置Ｍ１は、交流電源４が正常な場合、スイッチ６を投入し、直交変換器２の出力電圧Ｖ_ｏｕｔと交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎとの和が所定の値になるように直交変換器２を制御するとともに、直交変換器２および直流電力貯蔵装置３に電力が供給されるように直交変換器１を制御することができる。また、交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎが許容電圧範囲を逸脱した場合、スイッチ６を開放し、負荷５に印加される交流電圧が所定値になるように直交変換器１を制御することができる。

また、無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２には、直交変換器１から出力されるインバータ電流Ｉ_ｉｎｖを制御する並列インバータ出力制御部１０１および負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔを制御する直列インバータ出力制御部１０２が設けられている。
そして、直交変換器１は、出力電流指令に含まれる基本波無効電流成分と高調波成分に対する電流制御を行う。一方、直交変換器２は、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄに含まれる入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした基本波電流成分を自己分担分として電流制御しながら、無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが入力電圧Ｖ_ｉｎに同期し所望の振幅を保つように電圧制御を行う。

ここで、並列インバータ出力制御部１０１は、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの分担分に含まれる交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした基本波無効成分と高調波成分に基づいて、直交変換器１の出力電流を制御することができる。具体的には、並列インバータ出力制御部１０１は、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの分担分に含まれる交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした基本波無効電流成分と高調波成分とを直交変換器１の出力電流指令とし、直交変換器１から出力されたインバータ電流Ｉ_ｉｎｖの検出値が出力電流指令に一致するように直交変換器１のインバータ電流Ｉ_ｉｎｖを制御することができる。

そして、並列インバータ出力制御部１０１には、ＰＬＬ回路３１にて生成された信号θを基準として、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの分担分から有効電流成分Ｉｐおよび無効電流成分Ｉｑを抽出する成分分解回路１４、有効電流成分Ｉｐから基本波有効電流成分を除去するフィルタ回路１５、基本波有効電流成分が除去された有効電流成分Ｉｐを交流電流に変換する成分逆分解回路１６、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの分担分と成分逆分解回路１６の出力との偏差を算出することで、入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした基本波無効電流成分と高調波電流成分を抽出する減算器２０１、入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした基本波無効電流成分と高調波電流成分を出力電流指令とし、この出力電流指令とインバータ電流Ｉ_ｉｎｖとの偏差を算出する減算器２０２、この出力電流指令とインバータ電流Ｉ_ｉｎｖとの偏差がゼロになるように電流調整指令に変換する自動調整器１７、自動調整器１７からの出力と基準正弦波生成部１８にて生成された同相基準正弦波とを加算することで、並列インバータ電圧指令Ｖ１を算出する加算器２０３が設けられている。

また、直列インバータ出力制御部１０２は、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの分担分と無停電電源装置Ｍ１の出力電流Ｉ_ｏｕｔとの差分電流ΔＩに含まれる交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした基本波有効電流成分と基本波無効電流成分に基づいて、無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔを制御することができる。具体的には、直列インバータ出力制御部１０２は、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの分担分と無停電電源装置Ｍ１の出力電流Ｉ_ｏｕｔとの差分電流ΔＩを求め、差分電流ΔＩに含まれる交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした基本波有効電流成分に対する自動調整器３０の出力を、交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の基本波無効電圧成分の目標値の補正量とするとともに、差分電流ΔＩに含まれる交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした基本波無効電流成分に対する調整器３０の出力を、交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の基本波有効電圧成分の目標値の補正量とし、無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔの検出値が、その補正量にてそれぞれ補正された基本波無効電圧成分および基本波有効電圧成分の各目標値に一致するように負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔを制御することができる。

そして、直列インバータ出力制御部１０２には、入力電圧Ｖ_ｉｎを基準として、無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔを有効電圧成分Ｖｐと無効電圧成分Ｖｑに分離する成分分解回路１９、成分分解回路１９にて分離された有効電圧成分Ｖｐと無効電圧成分Ｖｑから入力電圧Ｖ_ｉｎを基準として、差分電流ΔＩを有効電流成分ΔＩｐと無効電流成分ΔＩｑに分離する成分分解回路２６、成分分解回路２６にて分離された有効電流成分ΔＩｐと無効電流成分ΔＩｑから基本波有効電流成分と基本波無効電流成分とをそれぞれ抽出するフィルタ回路２９、フィルタ回路２９から出力された基本波無効電流成分に基づいて、無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の基本波有効電圧成分の目標値の補正量を生成するとともに、フィルタ回路２９から出力された基本波無効電流成分に基づいて、無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の基本波有効電圧成分の目標値の補正量を生成する自動調整器３０、無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の基本波有効電圧成分および基本波無効電圧成分の目標値をそれぞれ発生する基準電圧発生部２２、基準電圧発生部２２にて発生された基本波有効電圧成分の目標値と、基本波無効電流成分に対する自動調整器３０からの出力とを加算する加算器２０５、基準電圧発生部２２にて発生された基本波無効電圧成分の目標値と、基本波有効電流成分に対する自動調整器３０からの出力との偏差を算出する減算器２０６、加算器２０５からの出力とフィルタ回路２０にて抽出された基本波有効電圧成分との偏差を算出する減算器２０７、減算器２０６からの出力とフィルタ回路２０にて抽出された基本波無効電圧成分との偏差を算出する減算器２０８、減算器２０７、２０８からの出力を自動調整する自動調整器２３、基本波有効電圧成分に対する自動調整器２３からの出力（基本波有効分電圧指令）と、基準正弦波生成部１８にて生成された同相基準正弦波とを乗算することで、交流出力電圧指令有効分を生成する乗算器２０９、基本波無効電圧成分に対する自動調整器２３からの出力（基本波無効分電圧指令）と、基準正弦波生成部３３にて生成された９０°位相遅れの基準正弦波とを乗算することで、交流出力電圧指令無効分を生成する乗算器２１０、交流出力電圧指令有効分と交流出力電圧指令無効分とを加算する加算器２１１が設けられている。

また、ＰＷＭ回路３５には、並列インバータ電圧指令Ｖ１に係数Ｋ_ＰＥを乗算する係数乗算器２１２、直列インバータ電圧指令Ｖ２に係数Ｋ_ＳＥを乗算する係数乗算器２１４、同期キャリア生成回路３４にて生成された入力電圧Ｖ_ｉｎに同期した信号と係数乗算器２１２の出力とを比較するオペアンプ２１３、同期キャリア生成回路３４にて生成された入力電圧Ｖ_ｉｎに同期した信号と係数乗算器２１４の出力とを比較するオペアンプ２１５が設けられている。

そして、無停電電源装置Ｍ１は負荷電流Ｉ_ｌｏａｄを検出し、乗算器２１６に入力する。そして、乗算器２１６にて負荷電流Ｉ_ｌｏａｄに分担比が乗算され、成分分解回路１４および減算器２０１に出力される。そして、成分分解回路１４において、ＰＬＬ回路３１にて生成された信号θを基準として、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの分担分から有効電流成分Ｉｐおよび無効電流成分Ｉｑが抽出され、有効電流成分Ｉｐがフィルタ回路１５に出力される。そして、基本波有効電流成分が有効電流成分Ｉｐからフィルタ回路１５にて除去された後、成分逆分解回路１６に入力され、基本波有効電流成分が除去された有効電流成分Ｉｐが交流電流に変換され、減算器２０１に出力される。

そして、減算器２０１において、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの分担分から成分逆分解回路１６の出力が減算されることで、入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした基本波無効電流成分と高調波電流成分を含む出力電流指令が生成され、その出力電流指令が減算器２０２に出力される。そして、減算器２０２において、減算器２０１から出力された出力電流指令とインバータ電流Ｉ_ｉｎｖとの偏差が算出された後、自動調整器１７に入力され、その出力電流指令とインバータ電流Ｉ_ｉｎｖとの偏差がゼロになるように電流調整指令に変換された後、加算器２０３に出力される。そして、加算器２０３において、自動調整器１７からの出力と基準正弦波生成部１８にて生成された同相基準正弦波とが加算されることで、並列インバータ電圧指令Ｖ１が算出され、ＰＷＭ回路３５に入力される。そして、ＰＷＭ回路３５の係数乗算器２１２において、並列インバータ電圧指令Ｖ１に係数Ｋ_ＰＥが乗算された後、オペアンプ２１３にて同期キャリア生成回路３４から出力された信号と比較されることで、ゲートパルスが生成され、直交変換器１に入力される。

一方、乗算器２１６にて乗算された負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの分担分は、減算器２０４にも出力される。そして、減算器２０４にて負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの分担分と無停電電源装置Ｍ１からの出力電流Ｉ_ｏｕｔとの瞬時偏差ΔＩが算出され、成分分解回路２６に出力される。そして、成分分解回路２６において、ＰＬＬ回路３１にて生成された信号θを基準として、同相成分と９０°遅れ位相成分が瞬時偏差ΔＩから抽出され、有効電流成分ΔＩｐおよび無効電流成分ΔＩｑとしてフィルタ回路２９に出力される。

そして、有効電流成分ΔＩｐと無効電流成分ΔＩｑから基本波有効電流成分と基本波無効電流成分とがフィルタ回路２９にてそれぞれ抽出され、自動調整器３０に出力される。そして、自動調整器３０において、フィルタ回路２９から出力された基本波無効電流成分に基づいて、無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の基本波有効電圧成分の目標値の補正量が生成されるとともに、フィルタ回路２９から出力された基本波無効電流成分に基づいて、無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の基本波有効電圧成分の目標値の補正量が生成され、基本波無効電流成分に対する自動調整器３０からの出力は加算器２０５に入力され、基本波有効電流成分に対する自動調整器３０からの出力は減算器２０６に入力される。また、基準電圧発生部２２は、基本波有効電圧成分の目標値を発生し、加算器２０５に出力するとともに、基本波無効電圧成分の目標値を発生し、減算器２０６に出力する。

そして、加算器２０５において、基準電圧発生部２２にて発生された基本波有効電圧成分の目標値と、基本波無効電流成分に対する自動調整器３０からの出力とが加算され、減算器２０７に出力されるとともに、減算器２０６において、基準電圧発生部２２にて発生された基本波無効電圧成分の目標値と、基本波有効電流成分に対する自動調整器３０からの出力との偏差が算出され、減算器２０８に出力される。
そして、減算器２０７において、加算器２０５からの出力とフィルタ回路２０にて抽出された基本波有効電圧成分との偏差が算出されるとともに、減算器２０８において、減算器２０６からの出力とフィルタ回路２０にて抽出された基本波無効電圧成分との偏差が算出され、自動調整器２３を介して乗算器２０９、２１０にそれぞれ出力される。

そして、乗算器２０９において、基本波有効電圧成分に対する自動調整器２３からの出力と、基準正弦波生成部１８にて生成された同相基準正弦波とが乗算されるとともに、乗算器２１０において、基本波無効電圧成分に対する自動調整器２３からの出力と、基準正弦波生成部３３にて生成された９０°位相遅れの基準正弦波とが乗算され、これらの乗算結果が加算器２１１にて加算されることで、直列インバータ電圧指令Ｖ２が算出され、ＰＷＭ回路３５に入力される。そして、ＰＷＭ回路３５の係数乗算器２１４において、直列インバータ電圧指令Ｖ２に係数Ｋ_ＳＥが乗算された後、オペアンプ２１５にて同期キャリア生成回路３４から出力された信号と比較されることで、ゲートパルスが生成され、直交変換器２に入力される。

これにより、直交変換器２の電圧制御だけでなく、直交変換器１の電流制御を行いながら、無停電電源装置Ｍ１、Ｍ２の並列運転による出力電流Ｉ_ｏｕｔの不均衡を抑制することができる。このため、直交変換器２にて負荷５側の電圧変動分を補正させた場合においても、直交変換器１の電流制御動作と干渉することなく、負荷分担電流を供給するための電圧制御を実現することができ、負荷５との間の配線インピーダンスＺ１、Ｚ２に依存することなく、安定した電圧を負荷に供給することが可能となるとともに、所望の負荷電流を適切な分担比で供給することが可能となる。

図２は、本発明の第２実施形態に係る無停電電源装置の並列運転制御システムの概略構成を示すブロック図である。なお、図１の第１実施形態では、直交変換器２は、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄに含まれる入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした基本波電流成分を自己分担分として電流制御しながら、無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが入力電圧Ｖ_ｉｎに同期し所望の振幅を保つように電圧制御を行うのに対し、図２の第２実施形態では、負荷５側の電圧制御とは独立した負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの自己分担分に対する電流制御を行う。

図２において、直列インバータ出力制御部１１２は、図１の直列インバータ出力制御部１０２の動作を前提とした上で、差分電流ΔＩに含まれる交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした有効成分から高域高調波成分が除去された成分に対する自動調整器３７の出力を、直交変換器２の基本波有効分の電圧指令値の補正量とするとともに、差分電流ΔＩに含まれる交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした無効成分から高域高調波成分が除去された成分に対する自動調整器３７の出力を、直交変換器２の基本波有効分の電圧指令値の補正量とし、差分電流ΔＩが減少するように負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔを制御することができる。

ここで、直列インバータ出力制御部１１２には、図１の直列インバータ出力制御部１０２の構成に加え、成分分解回路２６にて分離された有効電流成分ΔＩｐと無効電流成分ΔＩｑとから高域高調波成分を除去するフィルタ回路３６、有効電流成分ΔＩｐから高域高調波成分が除去された成分に基づいて、自動調整器２３から出力された基本波有効分電圧指令の補正量を生成するとともに、無効電流成分ΔＩｑから高域高調波成分が除去された成分に基づいて、自動調整器２３から出力された基本波無効分電圧指令の補正量を生成する自動調整器３７、自動調整器２３から出力された基本波有効分電圧指令と、自動調整器３７から出力された基本波有効分電圧指令の補正量とを加算する加算器２１７、自動調整器２３から出力された基本波無効分電圧指令と、自動調整器３７から出力された基本波無効分電圧指令の補正量とを加算する加算器２１８が設けられている。

そして、無停電電源装置Ｍ１は負荷電流Ｉ_ｌｏａｄを検出し、乗算器２１６に入力する。そして、乗算器２１６にて負荷電流Ｉ_ｌｏａｄに分担比が乗算され、減算器２０４に出力される。そして、減算器２０４にて負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの分担分と無停電電源装置Ｍ１からの出力電流Ｉ_ｏｕｔとの瞬時偏差ΔＩが算出され、成分分解回路２６に出力される。そして、成分分解回路２６において、ＰＬＬ回路３１にて生成された信号θを基準として、同相成分と９０°遅れ位相成分が瞬時偏差ΔＩから抽出され、有効電流成分ΔＩｐおよび無効電流成分ΔＩｑとしてフィルタ回路２９、３６に出力される。

そして、有効電流成分ΔＩｐと無効電流成分ΔＩｑから基本波有効電流成分と基本波無効電流成分とがフィルタ回路２９にてそれぞれ抽出され、自動調整器３０に出力される。そして、自動調整器３０において、フィルタ回路２９から出力された基本波無効電流成分は無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の基本波有効電圧成分の目標値の補正量とし調整されるとともに、フィルタ回路２９から出力された基本波無効電流成分は無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の基本波有効電圧成分の目標値の補正量として調整され、基本波無効電流成分に対する自動調整器３０からの出力は加算器２０５に入力され、基本波有効電流成分に対する自動調整器３０からの出力は減算器２０６に入力される。また、基準電圧発生部２２は、基本波有効電圧成分の目標値を発生し、加算器２０５に出力するとともに、基本波無効電圧成分の目標値を発生し、減算器２０６に出力する。

そして、加算器２０５において、基準電圧発生部２２にて発生された基本波有効電圧成分の目標値と、基本波無効電流成分に対する自動調整器３０からの出力とが加算され、減算器２０７に出力されるとともに、減算器２０６において、基準電圧発生部２２にて発生された基本波無効電圧成分の目標値と、基本波有効電流成分に対する自動調整器３０からの出力との偏差が算出され、減算器２０８に出力される。
そして、減算器２０７において、加算器２０５からの出力とフィルタ回路２０にて抽出された基本波有効電圧成分との偏差が算出されるとともに、減算器２０８において、減算器２０６からの出力とフィルタ回路２０にて抽出された基本波無効電圧成分との偏差が算出され、自動調整器２３を介して加算器２１７、２１８にそれぞれ出力される。

一方、成分分解回路２６にて分離された有効電流成分ΔＩｐと無効電流成分ΔＩｑとがフィルタ回路３６に入力されると、有効電流成分ΔＩｐと無効電流成分ΔＩｑとから高域高調波成分が除去され、自動調整器３７を介して加算器２１７、２１８にそれぞれ出力される。そして、加算器２１７において、自動調整器２３から出力された基本波有効分電圧指令と、自動調整器３７から出力された基本波有効分電圧指令の補正量とが加算されるとともに、加算器２１８において、自動調整器２３から出力された基本波無効分電圧指令と、自動調整器３７から出力された基本波無効分電圧指令の補正量とが加算され、乗算器２０９、２１０にそれぞれ出力される。

そして、乗算器２０９において、基本波有効電圧成分に対する自動調整器２３からの出力と、基準正弦波生成部１８にて生成された同相基準正弦波とが乗算されることで、交流出力電圧指令有効分が生成されるとともに、乗算器２１０において、基本波無効電圧成分に対する自動調整器２３からの出力と、基準正弦波生成部３３にて生成された９０°位相遅れの基準正弦波とが乗算されることで、交流出力電圧指令無効分が生成され、これらの交流出力電圧指令有効分と交流出力電圧指令無効分が加算器２１１にて加算されることで、直列インバータ電圧指令Ｖ１２が算出され、ＰＷＭ回路３５に入力される。

図３は、本発明の第３実施形態に係る無停電電源装置の並列運転制御システムの概略構成を示すブロック図である。なお、図１の第１実施形態では、直交変換器２は、負荷電流Ｉ_ｌｏａｄに含まれる入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした基本波電流成分を自己分担分として電流制御しながら、無停電電源装置Ｍ１の負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔが入力電圧Ｖ_ｉｎに同期し所望の振幅を保つように電圧制御を行うのに対し、図３の第３実施形態では、負荷５側の電圧制御とは独立した負荷電流Ｉ_ｌｏａｄの自己分担分に対する電流制御を行う。

図３において、直列インバータ出力制御部１２２は、図１の直列インバータ出力制御部１０２の動作を前提とした上で、差分電流ΔＩに含まれる交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした有効成分から高域高調波成分が除去された成分に対する自動調整器３７の出力と、差分電流ΔＩに含まれる交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした無効成分から高域高調波成分が除去された成分に対する自動調整器３７の出力とを、交流電源４からの入力電圧Ｖ_ｉｎを基準とした座標変換により交流成分に変換し、その交流成分に基づいて直交変換器２の基本波交流出力電圧の指令値の補正量を生成し、差分電流ΔＩが減少するように負荷５側の出力電圧Ｖ_ｏｕｔを制御することができる。

ここで、直列インバータ出力制御部１２２には、図１の直列インバータ出力制御部１０２の構成に加え、成分分解回路２６にて分離された有効電流成分ΔＩｐと無効電流成分ΔＩｑとから高域高調波成分を除去するフィルタ回路３６、有効電流成分ΔＩｐから高域高調波成分が除去された成分に基づいて、自動調整器２３から出力された基本波有効分電圧指令の補正量を生成するとともに、無効電流成分ΔＩｑから高域高調波成分が除去された成分に基づいて、自動調整器２３から出力された基本波無効分電圧指令の補正量を生成する自動調整器３７、自動調整器３７の出力を交流成分に変換する成分逆分解回路３８、成分逆分解回路３８から出力された交流成分をＫ倍することで、加算器２１１から出力された直列インバータ電圧指令Ｖ２の補正量を算出する係数乗算器３９、加算器２１１から出力された直列インバータ電圧指令Ｖ２と係数乗算器３９からの出力を加算する加算器２１９が設けられている。

そして、乗算器２０９において、基本波有効電圧成分に対する自動調整器２３からの出力と、基準正弦波生成部１８にて生成された同相基準正弦波とが乗算されることで、交流出力電圧指令有効分が生成されるとともに、乗算器２１０において、基本波無効電圧成分に対する自動調整器２３からの出力と、基準正弦波生成部３３にて生成された９０°位相遅れの基準正弦波とが乗算されることで、交流出力電圧指令無効分が生成され、これらの交流出力電圧指令有効分と交流出力電圧指令無効分が加算器２１１にて加算されることで、直列インバータ電圧指令Ｖ２が算出され、加算器２１９に出力される。

一方、成分分解回路２６にて分離された有効電流成分ΔＩｐと無効電流成分ΔＩｑとがフィルタ回路３６に入力されると、有効電流成分ΔＩｐと無効電流成分ΔＩｑとから高域高調波成分が除去され、自動調整器３７を介して成分逆分解回路３８に入力される。そして、成分逆分解回路３８にて自動調整器３７の出力が交流成分に変換された後、係数乗算器３９にてＫ倍され、加算器２１９に出力される。
そして、加算器２１１から出力された直列インバータ電圧指令Ｖ２と係数乗算器３９からの出力が加算器２１９にて加算されることで、直列インバータ電圧指令Ｖ２２が算出され、ＰＷＭ回路３５に入力される。

本発明の第１実施形態に係る無停電電源装置の並列運転制御システムの概略構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態に係る無停電電源装置の並列運転制御システムの概略構成を示すブロック図である。本発明の第３実施形態に係る無停電電源装置の並列運転制御システムの概略構成を示すブロック図である。直並列補償方式を用いた無停電電源装置の概略構成を示すブロック図である。無停電電源装置の並列運転方法を示すブロック図である。従来の無停電電源装置の並列運転による出力電流の不均衡の抑制制御方法の一例を示すブロック図である。従来の無停電電源装置の並列運転による出力電流の不均衡の抑制制御方法のその他の例を示すブロック図である。

符号の説明

Ｍ１、Ｍ２無停電電源装置
１、２直交変換器
３直流電力貯蔵装置
４交流電源
５負荷
６スイッチ
１４、１９、２６成分分解回路
１５、２０、２９、３６フィルタ回路
１６、３８成分逆分解回路
１７、２３、３０、３７自動調整器
１８、３３基準正弦波生成部
２２基準電圧発生部
３１ＰＬＬ回路
３４同期キャリア生成回路
３５ＰＷＭ回路
１０１並列インバータ出力制御部
１０２、１１２直列インバータ出力制御部
２０１、２０２、２０４、２０６、２０７、２０８減算器
２０３、２０５、２１１、２１７、２１８、２１９加算器
２０９、２１０、２１６乗算器
３９、２１２、２１４係数乗算器
２１３、２１５オペアンプ

Claims

直流電力を貯蔵する直流電力貯蔵装置と、
交流電源と自装置との間の電力経路を開閉するスイッチと、
直流回路部が前記直流電力貯蔵装置に接続され、交流回路部が負荷と並列接続され、前記スイッチの投入時には、前記負荷の電圧が所定値となるように前記直流電力貯蔵装置の直流を交流に変換して出力する第１の直交変換器と、
直流回路部が前記直流電力貯蔵装置に接続され、交流回路部が前記スイッチと前記負荷との間に直列接続され、前記スイッチの投入時には、前記負荷の電圧が所定値となるように前記直流電力貯蔵装置の直流を交流に変換して出力する第２の直交変換器と、
前記負荷に流れる負荷電流の分担分に含まれる前記交流電源電圧を基準とした基本波無効電流成分と高調波電流成分とに基づいて、前記第１の直交変換器の出力電流を制御する並列インバータ出力制御部と、
前記負荷に流れる負荷電流の分担分と前記出力電流との差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした基本波有効電流成分と基本波無効電流成分とに基づいて、前記第２の直交変換器の出力電圧を制御する直列インバータ出力制御部とを備えることを特徴とする無停電電源装置。
前記並列インバータ出力制御部は、前記負荷電流の分担分に含まれる前記交流電源電圧を基準とした基本波無効電流成分と高調波電流成分とを前記第１の直交変換器の出力電流指令とし、前記第１の直交変換器からの出力電流の検出値が前記出力電流指令に一致するように前記第１の直交変換器の出力電流を制御し、
前記直列インバータ出力制御部は、前記負荷電流の分担分と前記無停電電源装置の出力電流との差分電流を求め、前記差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした基本波有効電流成分に対する調整器の出力を、前記交流電源電圧を基準とした前記無停電電源装置の負荷側の基本波無効電圧成分の目標値の補正量とするとともに、前記差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした基本波無効電流成分に対する調整器の出力を、前記交流電源電圧を基準とした前記無停電電源装置の負荷側の基本波有効電圧成分の目標値の補正量とし、前記無停電電源装置の負荷側電圧の検出値が前記補正された基本波無効電圧成分および基本波有効電圧成分の各目標値に一致するように前記第２の直交変換器の出力電圧を制御することを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
前記直列インバータ出力制御部は、前記差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした有効電流成分から高域高調波電流成分が除去された電流成分に対する調整器の出力を、前記第２の直交変換器の基本波有効分電圧指令の補正量とするとともに、前記差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした無効電流成分から高域高調波電流成分が除去された電流成分に対する調整器の出力を、前記第２の直交変換器の基本波無効分電圧指令の補正量とし、前記差分電流が減少するように前記第２の直交変換器の出力電圧を制御することを特徴とする請求項２記載の無停電電源装置。
前記直列インバータ出力制御部は、前記差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした有効電流成分から高域高調波電流成分が除去された電流成分に対する調整器の出力と、前記差分電流に含まれる前記交流電源電圧を基準とした無効電流成分から高域高調波電流成分が除去された電流成分に対する調整器の出力とを、前記交流電源電圧を基準とした座標変換により交流電流成分に変換し、前記交流電流成分に基づいて前記第２の直交変換器の基本波交流出力電圧の指令値の補正量を生成し、前記差分電流が減少するように前記第２の直交変換器の出力電圧を制御することを特徴とする請求項２記載の無停電電源装置。