JP6530508B2 - 無停電電源装置 - Google Patents

Description

この発明は、無停電電源装置に関し、より特定的には、商用給電とインバータ給電とを選択的に実行するように構成された無停電電源装置に関する。

従来より、無停電電源装置は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータで生成された直流電力または電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、交流電源と負荷との間に接続されたバイパス回路と、これらを制御する制御装置とを備えている。

上記の無停電電源装置においては、交流電源から正常に交流電力が供給されている通常時はインバータによって生成された交流電力を負荷に供給し、インバータが故障した場合に交流電源からの交流電力をバイパス回路を介して負荷に供給する方式がある。この方式は、常時インバータ給電方式と呼ばれている。常時インバータ給電方式は、交流電源の品質に関わらず、電圧変動が小さな高品質の交流電力を負荷に供給できるという長所を有する。その一方で、インバータで常時電力損失が発生し、効率が低いという短所を有する。

他の方式として、通常時に交流電源からの交流電力をバイパス回路を経由して負荷に供給し、停電時に電力貯蔵装置の直流電力をインバータによって交流電力に変換して負荷に供給する方式がある。この方式は、常時商用給電方式と呼ばれている。常時商用給電方式は、電力損失が小さく、効率が高いという長所を有する。その一方で、交流電源から供給される電圧変動の大きな低品質ので交流電力が負荷に供給されるという短所を有する。

たとえば、特開２０１０−１１５００８号公報（特許文献１）には、交流電源から供給される交流電力の状態を検出し、その検出結果に応じて、常時インバータ給電方式および常時商用給電方式のいずれかを選択するように構成された無停電電源装置が開示されている。

特開２０１０−１１５００８号公報

上記特許文献１では、交流電源から供給される交流電力の電圧および周波数に対して、交流電源の異常を判断するための基準値を設定する。そして、交流電力の電圧および周波数の検出値が基準値の範囲内にある場合には、交流電源が正常と判断して常時商用給電方式を選択する。一方、当該検出値が基準値の範囲から逸脱する場合には、交流電源の異常と判断して常時インバータ給電方式を選択する。

ここで、常時商用給電方式においては、交流電源に停電が発生した場合、バイパス回路をオフさせた後にインバータを起動させることによって、商用給電からインバータ給電に移行する。そのため、商用給電からインバータ給電への移行時において、負荷に出力される電圧が瞬間的に低下する瞬時電圧低下（瞬低）が発生してしまい、信頼度が低いという問題がある。このような瞬低の発生を防止するためには、交流電源の停電を高速に検出してインバータ給電に移行できることが求められる。

しかしながら、上記特許文献１のように、交流電源から供給される交流電力の電圧および周波数の検出値に基づいて交流電源の異常を判定する構成では、当該検出値が基準値の範囲から逸脱しているか否かを判定するのに時間がかかる。その結果、瞬低の程度（瞬停時間および電圧低下度）が大きくなり、負荷に大きな影響を及ぼす可能性がある。

この発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、商用給電からインバータ給電への移行時における瞬時電圧低下の発生を防止することが可能な無停電電源装置を提供することである。

この発明に係る無停電電源装置は、交流電源と負荷との間に接続される。無停電電源装置は、交流電源から出力される交流電力を受ける入力端子と、負荷に接続される出力端子と、入力端子に接続され、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータが出力する直流電力または電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換するインバータと、入力端子と出力端子との間に接続される第１のスイッチと、インバータと出力端子との間に接続される第２のスイッチと、無停電電源装置を制御する制御装置とを備える。無停電電源装置は、第１のモードと第２のモードとを選択的に実行するように構成される。第１のモードは、第１のスイッチをオンするとともに第２のスイッチをオフし、交流電源からの交流電力を第１のスイッチを介して負荷に供給するモードである。第２のモードは、第２のスイッチをオンするとともに第１のスイッチをオフし、インバータによって生成される交流電力を負荷に供給するモードである。制御装置は、交流電源の停電を検出するように構成された電源異常検出部と、第１のモードが選択されている場合において、交流電源の停電が検出されたときに、第２のモードに移行するように、第１および第２のスイッチのオンオフならびにインバータにおける電力変換を制御するように構成された制御部とを含む。電源異常検出部は、交流電源から入力端子に供給される交流入力電圧の瞬時値を検出する電圧検出部と、交流入力電圧の位相を検出する位相検出部と、電圧検出部および位相検出部の検出値に基づいて、交流入力電圧の最大値の推定値を演算する演算部と、交流電源を模擬停電させたときの最大値の時間推移を記憶するように構成された第１の記憶部と、最大値の推定値の時間推移と、第１の記憶部に記憶される最大値の時間推移との比較に基づいて、交流電源の停電を判定するように構成された判定部とを含む。

好ましくは、第１のスイッチおよび第２のスイッチの各々は、機械式スイッチにより構成される。無停電電源装置は、第１のスイッチに並列に接続された半導体スイッチをさらに備える。制御部は、第１のモードから第２のモードに移行するときには、半導体スイッチを所定時間オンするように構成される。

好ましくは、判定部は、交流電源が正常と判定された場合にはさらに、最大値の推定値の時間推移に基づいて、交流電源の停電の可能性があるか否かを判定するように構成される。制御部は、第１のモードが選択されている場合において、交流電源の停電の可能性があると判定されたときには、半導体スイッチをオンするとともに第１のスイッチをオフして第１のモードを継続するように構成される。交流電源の停電と判定されると、制御部は、第２のスイッチをオンするとともに半導体スイッチをオフすることにより、第２のモードに移行するように構成される。

好ましくは、第１の記憶部は、最大値低下速度が互いに異なる複数の最大値の時間推移を記憶するように構成される。判定部は、複数の最大値の時間推移から選択された最大値の時間推移と、最大値の推定値の時間推移との比較に基づいて、交流電源の停電を判定するように構成される。

好ましくは、無停電電源装置は、最大値の推定値の時間推移を記憶するように構成された第２の記憶部をさらに備える。第１の記憶部は、第２の記憶部に記憶される最大値の推定値の時間推移に基づいて、停電時の最大値の時間推移を学習するように構成される。判定部は、最大値の推定値の時間推移と、第１の記憶部にて更新される停電時の最大値の時間推移の学習値との比較に基づいて、交流電源の停電を判定するように構成される。

この発明によれば、商用給電からインバータ給電への移行時における瞬時電圧低下の発生を防止することが可能な無停電電源装置を提供することができる。

実施の形態１に係る無停電電源装置の全体構成図である。 交流電源の停電を検出するための一般的な検出方法を説明する図である。 図１における電源異常検出部の制御構成を示す機能ブロック図である。 交流入力電圧の最大値の推定演算を説明する図である。 模擬停電時における交流入力電圧の最大値の時間推移の一例を示す図である。 電圧最大値推移記憶部から読み出した最大値推定値の時間推移の一例を示す図である。 正常変動範囲を説明する図である。 実施の形態１に係る無停電電源装置における運転モードの切り替え制御の手順を説明するためのフローチャートである。 図８のステップＳ０７における停電判定処理の手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る無停電電源装置における電源異常検出部の制御構成を示す機能ブロック図である。 電圧最大値推移記憶部から読み出した最大値推定値の時間推移の一例を示す図である。 実施の形態２に係る無停電電源装置における運転モードの切り替え制御の手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る無停電電源装置における運転モードの切り替え制御の手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３に係る無停電電源装置における電源異常検出部の制御構成を示す機能ブロック図である。 停電時電圧最大値推移記憶部に記憶される停電時最大値の時間推移の一例を示す図である。 実施の形態３に係る無停電電源装置における運転モードの切り替え制御の手順を説明するためのフローチャートである。 実施の形態４に係る無停電電源装置における電源異常検出部の制御構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態４に係る無停電電源装置における運転モードの切り替え制御の手順を説明するためのフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明は繰返さない。

［実施の形態１］
（無停電電源装置の構成）
図１は、実施の形態１に係る無停電電源装置１００の全体構成図である。図１を参照して、実施の形態１に係る無停電電源装置１００は、交流電源１および負荷１１の間に接続される。

交流電源１は、無停電電源装置１００に交流電力を供給する交流電源である。交流電源１は、たとえば、商用交流電源もしくは自家用発電機等によって構成される。図１および以後説明する図では、交流電源１の一例として、三相三線式の商用電源を示す。図面および説明の簡単化のため、図１では、一相分の回路のみが代表的に示されている。ただし、交流電源の種類は、三相三線式に限定されず、たとえば、三相四線式の電源でもよいし、単相三線式の電源でもよい。

無停電電源装置１００は、入力端子Ｔ１および出力端子Ｔ２を備える。入力端子Ｔ１は、交流電源１から供給される交流電力を受ける。出力端子Ｔ２は、負荷１１に接続される。負荷１１は無停電電源装置１００から供給される交流電力によって駆動される。

無停電電源装置１００はさらに、電磁接触器（コンタクタ）２，１０，１３と、ヒューズ３と、リアクトル４，８と、コンバータ５と、電解コンデンサ６と、インバータ７と、コンデンサ９と、サイリスタスイッチ１２と、制御装置２０とを備える。このうち、コンタクタ２、ヒューズ３、リアクトル４、コンバータ５、インバータ７、リアクトル８およびコンタクタ１０は、入力端子Ｔ１および出力端子Ｔ２の間に直列に接続される。

コンタクタ２は、入力端子Ｔ１とコンバータ５との間の通電経路に接続される。コンタクタ２は、交流電源１から交流電力が正常に供給されている通常時は閉成（オン）され、たとえば無停電電源装置１００のメンテナンス時に開放（オフ）する。ヒューズ３は、過電流が交流電源１から流入するのを防ぐために入力端子Ｔ１とコンバータ５の間の通電経路に挿入される。リアクトル４は、交流電源１からの交流電力を通過させ、コンバータ５で発生するスイッチング周波数の信号が交流電源１に伝搬するのを防止するために設けられている。

コンバータ５およびインバータ７は、半導体スイッチング素子により構成される。半導体スイッチング素子としては、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられる。また、半導体スイッチング素子の制御方式として、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を適用することができる。

コンバータ５は、通常時、交流電源１から供給される三相交流電力を直流電力に変換する。コンバータ５で生成された直流電力は、インバータ７および蓄電池１４に供給される。一方、交流電源１からの交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ５の運転は停止される。コンバータ５における電力変換は、制御装置２０（コンバータ制御部２８）によって制御される。

電解コンデンサ６は、コンバータ５の出力端子に接続され、コンバータ５の出力電圧を平滑化する。インバータ７は、通常時は、電解コンデンサ６によって平滑化された直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。一方、停電時は、インバータ７は、蓄電池１４の直流電力を商用周波数の三相交流電力に変化する。インバータ７における電力変換は、制御装置２０（インバータ制御部３０）によって制御される。

リアクトル８およびコンデンサ９は、インバータ７から出力される交流電力に含まれるスイッチング周波数の成分を除去するためのフィルタを構成する。

コンタクタ１０は、インバータ７から負荷１１に交流電力が供給されるモード（第２のモード）時にオンする。一方、交流電源１からコンタクタ１３を介して負荷１１に交流電力が供給されるモード（第１のモード）時、コンタクタ１０がオフする。コンタクタ１０のオンオフは、制御装置２０（スイッチ制御部３２）によって制御される。

本実施の形態では、交流電源１からコンタクタ１３を介して負荷１１に交流電力が供給される運転モード（第１のモード）を、「商用給電モード」とも称する。また、インバータ７から負荷１１に交流電力が供給される運転モード（第２のモード）を、「インバータ給電モード」とも称する。

インバータ給電モードでは、交流電源１から供給される交流電力をコンバータ５によって直流電力に変換し、その直流電力をインバータ７によって交流電力に変換して負荷１１に供給する。そのため、インバータ給電モードは、負荷１１への給電安定性に優れている。その一方で、インバータ給電モードは、コンバータ５およびインバータ７の各々において電力変換に伴う電力損失が発生するため、無停電電源装置１００の効率化が難しいという課題がある。

これに対して、商用給電モードでは、交流電源１から供給される交流電力を、コンタクタ１３を介して、言い換えればコンバータ５およびインバータ７を通さずに負荷１１に供給する。これにより、コンバータ５およびインバータ７における電力損失の発生が抑制されるため、無停電電源装置１００の運転効率を向上させることができる。なお、商用給電モード時においても、必要に応じてコンバータ５を運転させることにより、蓄電池１４に直流電力を蓄えておくことができる。

サイリスタスイッチ１２およびコンタクタ１３は、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に並列に接続される。本実施の形態では、サイリスタスイッチ１２およびコンタクタ１３の並列回路を、「バイパス回路」とも称する。

サイリスタスイッチ１２は、制御装置２０（スイッチ制御部３２）からの制御信号に応答してオンオフする。具体的には、サイリスタスイッチ１２は、インバータ給電モードから商用給電モードに移行するとき、および、商用給電モードからインバータ給電モードに移行するときに、制御装置２０からの制御信号に応答して、所定時間だけオンする。コンタクタ１３は、制御装置２０（スイッチ制御部３２）からの制御信号に応答して、インバータ給電モード時はオフし、商用給電モード時はオンする。なお、コンタクタ１３は本発明における「第１のスイッチ」を構成し、コンタクタ１０は本発明における「第２のスイッチ」を構成する。また、コンタクタ１３および１０は、本発明における「機械式スイッチ」の一実施例に対応する。サイリスタスイッチ１２は、本発明における「半導体スイッチ」の一実施例に対応する。

蓄電池１４は、停電時にインバータ７に直流電力を供給するための電力貯蔵装置である。蓄電池１４は、通常時にはコンバータ５で生成された直流電力を蓄える。ヒューズ１６およびコンタクタ１５は、コンバータ５の直流側端子と蓄電池１４との間に直列に接続される。コンタクタ１５は、通常時にオンされ、たとえば無停電電源装置１００および蓄電池１４のメンテナンス時にオフされる。ヒューズ１６は、コンバータ５および蓄電池１４に過電流が流入することを防止する。

制御装置２０は、無停電電源装置１００が、インバータ給電モードおよびバイパス給電モードを選択的に実行するように、コンタクタ１０，１３およびサイリスタスイッチ１２のオンオフと、コンバータ５およびインバータ７における電力変換とを制御するように構成される。

以下、無停電電源装置１００における制御装置２０の制御構成について説明する。
制御装置２０は、ＵＰＳ起動指令部２２と、運転指令部２４と、運転モード切替指令発生部２６と、コンバータ制御部２８と、インバータ制御部３０と、スイッチ制御部３２とを含む。

ＵＰＳ起動指令部２２は、無停電電源装置１００の起動を要求する起動指令を発生する。ＵＰＳ起動指令部２２は、たとえば、無停電電源装置１００の起動を要求するためのスイッチを設けておき、当該スイッチがユーザによってオン操作されたときに、起動指令を発生するようにしてもよい。あるいは、スイッチを設けることなく、予め定められたスケジュールに従って、自動的に起動指令を発生するようにしてもよい。

ＵＰＳ起動指令部２２は、起動指令をコンバータ制御部２８および運転指令部２４に出力する。ＵＰＳ起動指令部２２はさらに、入力端子Ｔ１とコンバータ５との間の通電経路が形成されるように、コンタクタ２をオンする。

コンバータ制御部２８は、起動指令を受けると、蓄電池１４に直流電力を蓄えるためにコンバータ５を運転させる。具体的には、コンバータ制御部２８は、蓄電池１４が所定の満充電状態になるように、蓄電池１４の残容量に応じてコンバータ５における電力変換を制御する。

運転指令部２４は、起動指令を受けると、無停電電源装置１００から負荷１１に対する電力供給の開始を指示するための運転指令を発生する。

運転モード切替指令発生部２６は、運転指令部２４から運転指令を受けると、電源異常検出部３６の出力信号に基づいて、商用給電モードおよびインバータ給電モードのいずれか一方を、無停電電源装置１００の運転モードに選択する。

電源異常検出部３６は、停電に至る交流電源１の異常を検出する。具体的には、電源異常検出部３６は、交流電源１から入力端子Ｔ１に供給される交流電圧（以下、「交流入力電圧」とも称する）を検出し、検出値に基づいて、交流電源１から交流電力が正常に供給されているか否か（すなわち、停電が発生したか否か）を判定する。電源異常検出部３６は、判定結果を示す信号を運転モード切替指令発生部２６に出力する。電源異常検出部３６における停電の検出については後述する。

運転モード切替指令発生部２６は、交流電源１から交流電力が正常に供給されている通常時、商用給電モードを選択する。一方、交流電源１の停電が検出されたときには、運転モード切替指令発生部２６は、インバータ給電モードを選択する。あるいは、通常時に上位の制御部（図示せず）から商用給電モードの実行の要求を受付けたときに、商用給電モードを選択するようにしてもよい。

運転モード切替指令発生部２６は、選択した運転モードが商用給電モードの場合、商用給電指令をオンに設定し、かつ、インバータ給電指令をオフに設定する。一方、選択した運転モードがインバータ給電モードの場合、商用給電指令をオフに設定し、かつ、インバータ給電指令をオンに設定する。運転モード切替指令発生部２６は、商用給電指令およびインバータ給電指令を、コンバータ制御部２８、インバータ制御部３０およびスイッチ制御部３２に出力する。

インバータ制御部３０は、インバータ給電指令がオン（商用給電指令がオフ）のとき、交流電源１から供給される交流電圧と同期した交流電圧がインバータ７から出力されるように、インバータ７における電力変換を制御する。なお、交流電源１の停電が検出された後は、停電発生前の交流電源１から供給される交流電圧に同期するように、インバータ７を制御する。具体的には、インバータ制御部３０は、ＰＷＭ制御によってインバータ７を構成する半導体スイッチング素子をオンオフするためのゲート信号を生成し、インバータ７内部のゲート駆動回路に出力する。

一方、商用給電指令がオン（インバータ給電指令がオフ）のとき、インバータ制御部３０は、生成したゲート信号をゲート駆動回路へ出力しない。そのため、インバータ７は、商用給電モード時は運転されず、ゲート信号が与えられるまで待機状態（ゲート信号入力待ち状態）となる。

スイッチ制御部３２は、商用給電指令およびインバータ給電指令に応じて、バイパス回路（サイリスタスイッチ１２およびコンタクタ１３）およびコンタクタ１０のオンオフを制御する。具体的には、スイッチ制御部３２は、商用給電指令がオン（インバータ給電指令がオフ）のとき、コンタクタ１３をオンし、コンタクタ１０をオフする。なお、コンタクタ１３をオンするとき、スイッチ制御部３２は、サイリスタスイッチ１２を所定時間だけオンする。スイッチ制御部３２はまた、インバータ給電指令がオン（商用給電指令がオフ）のとき、コンタクタ１３をオンし、コンタクタ１０をオフする。なお、コンタクタ１３をオフするとき、スイッチ制御部３２は、サイリスタスイッチ１２を所定時間だけオンする。

以上説明したように、無停電電源装置１００は、交流電源１から交流電力が正常に供給されている通常時、自動的にもしくは上位制御部からの要求に応答して、商用給電モードを実行する。そして、商用給電モード時において交流電源１の停電が検出されると、無停電電源装置１００は、商用給電モードからインバータ給電モードへ移行する。

（交流電源の停電検出）
ここで、交流電源１の停電を検出する方法としては、交流電源１から供給される交流電圧（交流入力電圧）の最大値（または実効値）を検出し、検出値に基づいて交流電源１の停電を判定する方法が一般的に用いられている。以下、一般的な検出方法について説明する。

図２に、交流電源１が正常であるときの交流入力電圧の波形、および、交流電源１に停電が発生したときの交流入力電圧の波形を示す。なお、交流電源１が商用電源である場合、１サイクルは、電源周波数が５０Ｈｚのときに２０ｍｓｅｃとなり、電源周波数が６０Ｈｚのときに１６．７ｍｓｅｃとなる。１サイクルにおけるサンプリング数を、たとえば２００とする。

交流電源１に停電が発生すると、交流入力電圧の最大値Ｖｍは、交流電源１の正常時（通常時）の最大値Ｖｍから徐々に低下する。

一般的な検出方法では、前半１／２サイクルにおける交流入力電圧の瞬時値の検出値に基づいて、交流入力電圧の最大値（または実効値）を取得する。そして、後半１／２サイクルで、取得された最大値（または実効値）と所定の基準値とを比較することにより、交流電源１に停電が発生したか否かを判定する。

しかしながら、上記の一般的な検出方法では、停電が発生してから約１／２サイクル遅れて、停電が検出されることになる。このように停電の検出に遅れが生じると、商用給電モードからインバータ給電モードへの移行時において、出力端子Ｔ２に出力される電圧が瞬間的に低下する瞬時電圧低下（瞬低）が発生する可能性がある。したがって、より高速に交流電源１の停電を検出できることが求められる。

上記の問題点を考慮して、本実施の形態に係る電源異常検出部３６は、以下のように交流電源１の停電を検出する。

図３は、図１における電源異常検出部３６の制御構成を示す機能ブロック図である。
図３を参照して、電源異常検出部３６は、電圧瞬時値検出部４０と、電圧位相検出部４２と、電圧最大値演算部４６と、電圧最大値推移記憶部４８と、停電時電圧最大値推移記憶部５０と、比較部５２と、判定部５４と、電源監視部５６とを含む。

電圧瞬時値検出部４０は、交流入力電圧の瞬時値を検出する。電圧瞬時値検出部４０は、検出値を示す信号を電圧最大値演算部４６および電源監視部５６に出力する。

電圧位相検出部４２は、交流入力電圧の位相を検出する。電圧位相検出部４２は、検出値を示す信号を電圧最大値演算部４６に出力する。

電圧最大値演算部４６は、電圧瞬時値検出部４０および電圧位相検出部４２の出力信号に基づいて、交流入力電圧の最大値Ｖｍを推定演算する。以下、最大値Ｖｍの推定値を「最大値推定値Ｖｍｅ」とも表記する。

図４は、交流入力電圧の最大値の推定演算を説明する図である。交流電源１が歪みのない正弦波交流電源であるとすると、交流入力電圧の瞬時値ｖは、交流入力電圧の最大値Ｖｍおよび位相θを用いて、下式（１）で表される。
ｖ＝Ｖｍ・ｓｉｎθ …（１）
図４では、π≧θ≧０の正の１／２サイクル期間の交流入力電圧の波形が破線で示されている。電圧瞬時値検出部４０により交流入力電圧の瞬時値ｖが検出され、かつ、電圧位相検出部４２により位相θが検出されると、式（１）を変形した下式（２）にこれらの検出値を代入することにより、最大値推定値Ｖｍｅを算出することができる。
Ｖｍｅ＝ｖ／ｓｉｎθ …（２）
なお、最大値推定値Ｖｍｅの演算は、電圧瞬時値検出部４０および電圧位相検出部４２における交流入力電圧のサンプリングと同期して実行されてもよいし、当該サンプリングと非同期に実行されてもよい。

電圧最大値推移記憶部４８（第２の記憶部）は、電圧最大値演算部４６により演算された最大値推定値Ｖｍｅの時間推移を記憶する。通常時、最大値推定値Ｖｍｅはほぼ一定値に保たれる。一方、交流電源１に停電が発生すると、図２に示したように、最大値推定値Ｖｍｅは徐々に低下する。

停電時電圧最大値推移記憶部５０（第１の記憶部）は、交流電源１を模擬停電させたときの交流入力電圧の最大値Ｖｍの時間推移を格納するように構成される。

具体的には、無停電電源装置１００を交流電源１と負荷１１との間に接続した状態で電源が投入されると、無停電電源装置１００を起動させるに先立って、模擬停電試験が実施される。模擬停電試験では、交流電源１と入力端子Ｔ１との間に接続されている遮断器（図示せず）を開放させることにより、意図的に交流電源１の停電状態を作り出す。そして、この模擬停電状態において、停電時電圧最大値推移記憶部５０は、交流入力電圧の最大値Ｖｍの実測値を検出し、検出した最大値Ｖｍの実測値の時間推移を記憶する。

図５は、模擬停電時における交流入力電圧の最大値の時間推移の一例を示す図である。
図５を参照して、時刻ｔにて模擬停電を発生させる場合を想定する。時刻ｔよりも前では、交流入力電圧の最大値Ｖｍは一定となっている（Ｖｍ＝Ｖ０）。なお、Ｖ０は通常時の交流入力電圧の最大値Ｖｍである。

時刻ｔにて遮断器が開放されて停電が発生すると、時刻ｔ以降、交流入力電圧の最大値ＶｍはＶ０から徐々に低下する。

単位時間当たりの最大値Ｖｍの低下量（以下、「最大値低下速度」とも称する）は、開放された遮断器から入力端子Ｔ１までの間の通電経路が有するインピーダンス（系統インピーダンス）の大きさによって異なってくる。図５には、最大値低下速度（すなわち、波形の傾き）が互いに異なる２通りの波形１，ｋ２が示されている。これら２つの波形ｋ１，ｋ２において、波形ｋ１は波形ｋ２に比べて、相対的に系統インピーダンスが小さいため、最大値低下速度（傾き）が大きくなっている。

なお、交流電源１と入力端子Ｔ１との間に遮断器が複数設置されている場合には、入力端子Ｔ１に最も近い位置に設置される遮断器を開放したときに、系統インピーダンスが最も小さくなり、結果的に最大値低下速度が最も大きくなる。そのため、他の遮断器が開放したときに比べて、負荷１１に及ぼす影響度が大きくなる。模擬停電試験では、たとえば、負荷１１への影響度が大きい遮断器（すなわち、入力端子Ｔ１に最も近い遮断器）を開放させることができる。

本実施の形態では、模擬停電試験を実施することで、実際に交流電源１に停電が発生したときの、交流入力電圧の最大値Ｖｍの時間推移を予め取得しておくことができる。すなわち、実際に停電が発生したときに、どのような最大値低下速度で最大値Ｖｍが低下するかを予め取得しておくことができる。これにより、商用給電モード時に取得される最大値推定値Ｖｍｅの時間推移を、模擬停電時における最大値Ｖｍの実測値の時間推移に照らし合わせることで、交流電源１に停電が発生したか否かを判定することができる。以下、模擬停電時における最大値Ｖｍの実測値を「停電時最大値Ｖｍｉ」とも表記する。

具体的には、図３に戻って、比較部５２では、停電時電圧最大値推移記憶部５０から読み出した停電時最大値Ｖｍｉの時間推移と、電圧最大値推移記憶部４８から読み出した最大値推定値Ｖｍｅの時間推移とが比較される。図６は、電圧最大値推移記憶部４８から読み出した最大値推定値Ｖｍｅの時間推移の一例を示す図である。図６中の実線は最大値推定値Ｖｍｅの時間推移を示し、図６中の破線は停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を示している。なお、図６に示される停電時最大値Ｖｍｉの時間推移は、図５の波形ｋ１に相当する。

図６を参照して、時刻ｔ１以降、無停電電源装置１００は商用給電モードを実行している。交流入力電圧の瞬時値ｖおよび位相θから算出される最大値推定値ＶｍｅはＶ０を保っている。

時刻ｔ２にて、最大値推定値ＶｍｅがＶ０から低下し始めたものとする。比較部５２は、時刻ｔ２以降の最大値推定値Ｖｍｅの時間推移を、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移に照らし合わせる。

具体的には、比較部５２は、交流電源１に停電が発生したか否かを判定するための判定値Ｖ１を有している。判定値Ｖ１は、たとえば、通常時の最大値ＶｍであるＶ０の９０％程度の大きさに設定されている。比較部５２は、停電時最大値ＶｍｉがＶ０から判定値Ｖ１に低下するまでの経過時間Ｔｐを取得すると、時刻ｔ２からＴｐ経過後の時刻ｔ３での最大値推定値Ｖｍｅを取得する。比較部５２は、時刻ｔ３での最大値推定値Ｖｍｅと、判定値Ｖ１との差異値を算出する。

判定部５４は、比較部５２により算出された差異値の大きさに基づいて、時刻ｔ２以降の最大値推定値Ｖｍｅの時間推移が、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移に一致しているか否かを判定する。具体的には、時刻ｔ３における差異値が所定の閾値ｄ１以下であれば、判定部５４は、時刻ｔ２以降の最大値推定値Ｖｍｅの時間推移が、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移に一致していると判定する。この場合、判定部５４は、交流電源１に停電が発生していると判定する。

一方、時刻ｔ３における差異値が所定の閾値ｄ１より大きい場合、判定部５４は、時刻ｔ２以降の最大値推定値Ｖｍｅの時間推移が、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移に一致していないと判定する。この場合、判定部５４は、交流電源１に停電が発生していないと判定する。判定部５４は、判定結果を示す信号を電源監視部５６に出力する。

電源監視部５６は、判定部５４からの信号を運転モード切替指令発生部２６に伝達する。運転モード切替指令発生部２６は、電源監視部５６の出力信号に基づいて、商用給電モードおよびインバータ給電モードのいずれか一方を選択する。

ここで、本実施の形態において、交流電源１の停電の検出に用いられる、交流入力電圧の最大値Ｖｍは、交流入力電圧の瞬時値ｖおよび位相θから推定されたもの（最大値推定値Ｖｍｅ）である。言い換えれば、交流入力電圧の最大値Ｖｍを実測することなく、交流電源１の停電を検出することができる。したがって、１／２サイクル期間を待たずに、交流電源１の停電を検出することが可能となる。これにより、上記の一般的な検出方法に比べて、より高速に交流電源１の停電を検出してインバータ給電モードに切り替えることができる。この結果、商用給電モードからインバータ給電モードへの移行時に瞬低が発生することを防止できる。

さらに、最大値推定値Ｖｍｅの時間推移を、模擬停電時の交流入力電圧の最大値Ｖｍ（停電時最大値Ｖｍｉ）の時間推移と比較することによって交流電源１の停電を検出するため、交流電源１の停電を精度良く検出することができる。

すなわち、本実施の形態に従う無停電電源装置１００によれば、交流電源１の停電を高速かつ高精度に検出して商用給電モードからインバータ給電モードへ移行することができるため、無停電電源装置１００の信頼度を向上させることができる。したがって、交流電源１の停電が検出されない限り、無停電電源装置１００に商用給電モードを実行させ続けることが可能となるため、無停電電源装置１００の高効率化を実現できる。

（運転モードの切り替え）
以下では、交流電源１の停電が検出されたときにおける無停電電源装置１００の運転モードの切り替えについて説明する。また、交流電源１からの交流電力の供給が再開されたとき、すなわち復電時における運転モードの切り替えについて説明する。

（１）交流電源１の停電検出時
上述した検出方法によって交流電源１の停電が検出されると、運転モード切替指令発生部２６は、商用給電指令をオンからオフに切り替えるとともに、インバータ給電指令をオフからオンに切り替える。

インバータ制御部３０は、インバータ給電指令がオンに切り替わると、商用給電モード時にＰＷＭ制御によって生成したゲート信号をインバータ７内部のゲート駆動回路へ出力する。インバータ７は、蓄電池１４に蓄えられた直流電力を交流電力に変換する。これにより、インバータ７は、停電発生前に交流電源１から供給されていた交流電圧に同期した交流電圧を出力する。

コンバータ制御部２８は、インバータ給電指令がオンに切り替わると、コンバータ５の運転を停止する。

スイッチ制御部３２は、インバータ給電指令がオンに切り替わると、サイリスタスイッチ１２をオンするとともに、コンタクタ１０をオンする。サイリスタスイッチ１２の応答時間は短く、オン指令を受けるとサイリスタスイッチ１２は瞬時にオンする。一方、コンタクタ１０の応答時間はサイリスタスイッチ１２の応答時間よりも長く、オン指令を受けてから所定の応答時間経過後にオンする。これにより、インバータ７から出力された交流電圧は出力端子Ｔ２に供給される。コンタクタ１０がオンされた後、スイッチ制御部３２はコンタクタ１３をオフする。さらにコンタクタ１３がオフされた後、スイッチ制御部３２はサイリスタスイッチ１２をオフする。これにより、無停電電源装置１００は、無瞬断で商用給電モードからインバータ給電モードに移行する。

（２）交流電源１の復電時
インバータ給電モード時、電源異常検出部３６は、交流電源１が復電したか否かを判定する。具体的には、インバータ給電モード時、電源監視部５６は、電圧瞬時値検出部４０および電圧位相検出部４２の検出値に基づいて、交流入力電圧の波形を監視している。電源異常検出部３６は、交流入力電圧の最大値Ｖｍが判定値Ｖ１以上となったときに、交流電源１が復電したと判定する。

なお、インバータ給電モード時、インバータ７は、停電発生前に交流電源１から供給されていた交流電圧に同期した交流電圧を出力端子Ｔ２に出力している。一方、停電発生前と復電後とで交流電源１から供給される交流電圧の位相がずれている場合がある。この場合に、インバータ給電モードから商用給電モードに復帰させると、出力端子Ｔ２に出力される交流電圧に変動が生じてしまい、負荷１１の運転に影響を及ぼす可能性がある。

そこで、インバータ制御部３０は、交流電源１の復電が検出されると、インバータ７から出力される交流電圧を、復電後の交流電源１から供給される交流電圧に徐々に同期させる。具体的には、インバータ制御部３０は、ＰＷＭ制御における制御周期間の電圧指令値の変化量を、予め定められた上限値以下に制限する。この上限値は負荷１１の運転に影響を与えないよう、たとえば実験等によって適合される。

インバータ制御部３０は、インバータ７から出力される交流電圧が、復電後の交流電源１から供給される交流電圧に同期したか否かを判定する。具体的には、インバータ制御部３０は、インバータ７から出力される交流電圧と、予め定められた正常変動範囲とを比較する。

図７は、正常変動範囲を説明する図である。図７を参照して、電圧瞬時値検出部４０および電圧位相検出部４２の検出値により描かれる、復電後の交流入力電圧の波形を基準波形とし、この基準波形を中心とする所定の電圧幅を、正常変動範囲に設定する。インバータ制御部３０は、インバータ７から出力される交流電圧が、図７に示される正常変動範囲内に収まっているときに、インバータ７から出力される交流電圧が、復電後の交流電源１から供給される交流電圧に同期したと判定する。インバータ制御部３０は、判定結果を示す信号を運転モード切替指令発生部２６に出力する。

インバータ７から出力される交流電圧が、復電後の交流電源１から供給される交流電圧に同期すると、運転モード切替指令発生部２６は、商用給電指令をオフからオンに切り替えるとともに、インバータ給電指令をオンからオフに切り替える。

スイッチ制御部３２は、商用給電指令がオンに切り替わると、サイリスタスイッチ１２をオンするとともに、コンタクタ１３をオンする。コンタクタ１３がオンされた後、スイッチ制御部３２はコンタクタ１０をオフする。さらにコンタクタ１０がオフされた後、スイッチ制御部３２はサイリスタスイッチ１２をオフする。これにより、無停電電源装置１００は、無瞬断でインバータ給電モードから商用給電モードに移行する。

インバータ制御部３０は、インバータ７内部のゲート駆動回路へのゲート信号の出力を停止することにより、インバータ７の運転を停止する。これにより、無停電電源装置１００は商用給電モードに復帰する。なお、商用給電モードに復帰した後、インバータ制御部３０は、ＰＷＭ制御によってインバータ７を構成する半導体スイッチング素子をオンオフするためのゲート信号を生成する。ただし、インバータ制御部３０は、生成したゲート信号をゲート駆動回路へ出力しない。そのため、インバータ７は再びゲート信号入力待ち状態となる。

コンバータ制御部２８は、商用給電指令がオンに切り替わると、コンバータ５を起動する。コンバータ制御部２８は、コンバータ５における電力変換を制御するためのゲート信号を生成してコンバータ５へ出力する。これにより、コンバータ５は、復電後の交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換し、蓄電池１４に供給する。

（フローチャート）
図８は、実施の形態１に係る無停電電源装置における運転モードの切り替え制御の手順を説明するためのフローチャートである。

図８を参照して、制御装置２０は、商用給電指令がオンであるか否かを判定する（ステップＳ０１）。商用給電指令がオンであれば（Ｓ０１のＹＥＳ判定時）、制御装置２０は、無停電電源装置１００が商用給電モードを実行するように、無停電電源装置１００を制御する（ステップＳ０２）。具体的には、制御装置２０は、コンタクタ１３をオンし、コンタクタ１０をオフする。なお、コンタクタ１３をオンするとき、制御装置２０は、サイリスタスイッチ１２を所定時間だけオンする。制御装置２０はさらに、インバータ７をゲート信号入力待ち状態とする。

商用給電モード時、制御装置２０は、交流入力電圧の瞬時値ｖおよび位相θを検出し（ステップＳ０３）、これらの検出値に基づいて最大値推定値Ｖｍｅを演算する（ステップＳ０４）。制御装置２０は、最大値推定値Ｖｍｅの時間推移を記憶する（ステップＳ０５）。

制御装置２０は、無停電電源装置１００を起動する前に、模擬停電試験を実施する。具体的には、交流電源１と入力端子Ｔ１との間に接続されている遮断器を開放する（ステップＳ２０）。交流電源１の模擬停電状態において、制御装置２０は、交流入力電圧の最大値Ｖｍの実測値（停電時最大値Ｖｍｉ）を検出し、検出した停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を記憶する（ステップＳ２１）。

制御装置２０は、ステップＳ０５にて記憶された最大値推定値Ｖｍｅの時間推移と、ステップＳ２１にて記憶された停電時最大値Ｖｍｉの時間推移とを比較する（ステップＳ０６）。制御装置２０は、比較結果に基づいて、交流電源１に停電が発生したか否かを判定する（ステップＳ０７）。

図９は、図８のステップＳ０７における停電判定処理の手順を説明するためのフローチャートである。図９を参照して、制御装置２０は、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移に基づいて、停電時最大値ＶｍｉがＶ０（通常時の最大値Ｖｍ）から判定値Ｖ１に低下するまでの経過時間Ｔｐを取得する（ステップＳ３０）。次いで、制御装置２０は、最大値推定値ＶｍｅがＶ０から低下し始めた時刻からＴｐ経過後の最大値推定値Ｖｍｅを取得する（ステップＳ３１）。

制御装置２０は、ステップＳ３１で取得した最大値推定値Ｖｍｅと、判定値Ｖ１との差異値（＝｜Ｖｍｅ−Ｖ１｜）を算出し、差異値と所定の閾値ｄ１とを比較する（ステップＳ３２）。差異値が閾値ｄ１より大きい場合（Ｓ３２のＮＯ判定時）、制御装置２０は、交流電源１から交流電力が正常に供給されていると判定する（ステップＳ３３）。一方、差異値が閾値ｄ１以下である場合（Ｓ３２のＹＥＳ判定時）、制御装置２０は、交流電源１に停電が発生していると判定する（ステップＳ３４）。

図８に戻って、交流電源１から交流電力が正常に供給されている場合（Ｓ０８のＮＯ判定時）には、制御装置２０は、商用給電指令をオン（インバータ給電指令をオフ）に設定する（ステップＳ０９）。これにより、無停電電源装置１００は引き続き商用給電モードを実行する。

一方、交流電源１の停電が検出された場合（Ｓ０８のＹＥＳ判定時）、制御装置２０は、商用給電指令をオフ（インバータ給電指令をオン）に設定する（ステップＳ１０）。制御装置２０は、無停電電源装置１００がインバータ給電モードを実行するように、無停電電源装置１００を制御する（ステップＳ１１）。具体的には、制御装置２０は、インバータ７を起動し、インバータ７から出力される交流電圧と停電発生前の交流電源１から供給される交流電圧とが同期するように、インバータ７を制御する。また制御装置２０は、コンタクタ１０をオンするとともに、コンタクタ１３をオフする。なお、コンタクタ１０をオンするとき、制御装置２０は、サイリスタスイッチ１２を所定時間だけオンする。

インバータ給電モード時、制御装置２０は、交流入力電圧の瞬時値ｖおよび位相θの検出値に基づいて、交流電源１が復電したか否かを判定する（ステップＳ１２）。制御装置２０は、交流入力電圧の最大値Ｖｍが判定値Ｖ１以上となったときに、交流電源１が復電したと判定する（Ｓ１２のＹＥＳ判定時）。一方、交流電源１が復電していないと判定された場合（Ｓ１２のＮＯ判定時）、ステップＳ１１に戻され、無停電電源装置１００は引き続きインバータ給電モードを実行する。

制御装置２０は、交流電源１の復電が検出されると、インバータ７から出力される交流電圧を、復電後の交流電源１から供給される交流電圧に徐々に同期させる。インバータ７から出力される交流電圧が、復電後の交流電源１から供給される交流電圧に基づいて設定された正常変動範囲内に収まっているとき、制御装置２０は、インバータ７から出力される交流電圧が、復電後の交流電源１から供給される交流電圧に同期したと判定し、商用給電指令をオン（インバータ給電指令をオフ）に設定する（ステップＳ１３）。

制御装置２０は、商用給電指令がオンに設定されると、コンタクタ１３をオンするとともに、コンタクタ１０をオフする。なお、コンタクタ１３をオンするとき、制御装置２０は、サイリスタスイッチ１２を所定時間だけオンする。

以上のように、実施の形態１に係る無停電電源装置によれば、交流入力電圧の瞬時値ｖおよび位相θから推定された最大値Ｖｍ（最大値推定値Ｖｍｅ）に基づいて、交流電源に停電が発生したか否かを判定するため、最大値Ｖｍの実測値に基づいて判定する構成に比べて、より高速に交流電源の停電を検出することができる。

また、模擬停電試験を実施することによって停電時の交流入力電圧の最大値Ｖｍ（停電時最大値Ｖｍｉ）の時間推移を予め取得しておき、停電時最大値Ｖｍｉと最大値推定値Ｖｍｅとの時間推移を比較することで、交流電源の停電を精度良く検出することができる。

この結果、実施の形態１に係る無停電電源装置によれば、商用給電モード時に交流電源の停電が発生した場合、停電発生後、迅速にインバータ給電モードへ切り替えることができる。これにより、商用給電モードからインバータ給電モードへの移行時に瞬低が発生することを防止することができる。すなわち、無停電電源装置の信頼度を向上させることができるため、交流電源の停電が検出されない限り無停電電源装置に商用給電モードを実行させ続けることが可能となり、結果的に無停電電源装置の高効率化を実現できる。

［実施の形態２］
模擬停電試験では、交流電源１と入力端子Ｔ１との間に接続される遮断器を開放させることで、意図的に交流電源１の停電状態を作り出し、そのときの交流入力電圧の最大値Ｖｍ（停電時最大値Ｖｍｉ）の時間推移を取得している。

しかしながら、商用給電モード時に開放した遮断器が、模擬停電試験で開放させた遮断器よりも交流電源１側に位置する場合、最大値Ｖｍは、停電時最大値Ｖｍｉよりも小さい最大値変化速度で徐々に低下する。このような場合であってもインバータ給電モードに切り替える必要がある。

一方、インバータ給電モードは商用給電モードに比べて電力損失が大きいため、高効率化のためには、瞬低を生じさせない限り商用給電モードを実行し続けることが望ましい。

そこで、実施の形態２に係る無停電電源装置では、商用給電モード時において、交流電源１に停電が発生している可能性があるときには、商用給電モードを継続しつつインバータ給電モードに移行する準備を行なう。これにより、交流電源１の停電が検出されたときに、直ちにインバータ給電モードに移行することを可能とする。

実施の形態２に係る無停電電源装置は、基本的には図１に示した無停電電源装置１００と同様の構成を備えるが、電源異常検出部３６に代えて、図１０に示す電源異常検出部３６Ａを含む点で異なる。

図１０を参照して、実施の形態２に係る電源異常検出部３６Ａは、図３に示した電源異常検出部３６において、判定部５４に代えて、判定部５４Ａ，５４Ｂを設けたものである。

第１判定部５４Ａは、図３に示した判定部５４と同様に、最大値推定値Ｖｍｅの時間推移と停電時最大値Ｖｍｉの時間推移との比較に基づいて、交流電源１に停電が発生しているか否かを判定する。

第１判定部５４Ａはさらに、上記比較に基づいて、交流電源１に停電が発生している可能性があるか否かを判定する。交流電源１に停電が発生している可能性とは、模擬停電時の最大値Ｖｍに比べて最大値低下速度が小さいが、最大値Ｖｍが判定値Ｖ１以下に低下する可能性を意味する。

第２判定部５４Ｂは、第１判定部５４Ａにより交流電源１に停電が発生している可能性があると判定された場合において、最大値推定値Ｖｍｅの時間推移に基づいて、交流電源１に停電が発生しているか否かを判定する。第２判定部５４Ｂは、最大値Ｖｍの低下が交流電源１の停電によるものか、あるいは、一時的な負荷の変動によるものかを判別するために設けられている。

実施の形態２に係る無停電電源装置では、判定部５４Ａ，５４Ｂの判定結果に基づいて、商用給電モードおよびインバータ給電モードを切り替える。図１１を参照して、実施の形態２に係る無停電電源装置における運転モードの切り替えについて説明する。

図１１は、電圧最大値推移記憶部４８から読み出した最大値推定値Ｖｍｅの時間推移の一例を示す図である。図１１中の実線は最大値推定値Ｖｍｅの時間推移を示し、図１１中の破線は停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を示している。なお、図１１に示される停電時最大値Ｖｍｉの時間推移は、図５の波形ｋ１に相当する。

図１１を参照して、時刻ｔ１以降、無停電電源装置１００は商用給電モードを実行している。交流入力電圧の瞬時値ｖおよび位相θから算出される最大値推定値ＶｍｅはＶ０を保っている。

時刻ｔ２にて、最大値推定値ＶｍｅがＶ０から低下し始めたものとする。比較部５２は、時刻ｔ２以降の最大値推定値Ｖｍｅの時間推移を、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移に照らし合わせる。具体的には、比較部５２は、停電時最大値ＶｍｉがＶ０から判定値Ｖ１に低下するまでの経過時間Ｔｐを取得すると、時刻ｔ２からＴｐ経過後の時刻ｔ３での最大値推定値Ｖｍｅを取得する。比較部５２は、時刻ｔ３での最大値推定値Ｖｍｅと、判定値Ｖ１との差異値を算出する。

第１判定部５４Ａは、時刻ｔ３における差異値が所定の閾値ｄ１以下であれば、判定部５４は、時刻ｔ２以降の最大値推定値Ｖｍｅの時間推移が、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移に一致していると判定する。この場合、第１判定部５４Ａは、交流電源１に停電が発生していると判定する。

一方、時刻ｔ３における差異値が閾値ｄ１より大きい場合、第１判定部５４は、時刻ｔ３での最大値推定値Ｖｍｅが判定値Ｖ２以下であるか否かを判定する。判定値Ｖ２は、交流電源１に停電が発生している可能性があるか否かを判定するための判定値である。判定値Ｖ２は、判定値Ｖ１よりも大きく、たとえば、通常時の最大値ＶｍであるＶ０の９５％程度の大きさに設定されている。

第１判定部５４Ａは、時刻ｔ３における最大値推定値Ｖｍｅが判定値Ｖ２以下である場合、交流電源１に停電が発生している可能性があると判定する。第１判定部５４Ａは、判定結果を示す信号を電源監視部５６に出力する。

電源監視部５６は、第１判定部５４Ａからの信号を運転モード切替指令発生部２６に伝達する。運転モード切替指令発生部２６は、電源監視部５６の出力信号に基づいて、商用給電モードおよびインバータ給電モードのいずれか一方を選択する。

第１判定部５４Ａにより交流電源１に停電が発生していると判定された場合、運転モード切替指令発生部２６は商用給電指令をオフ（インバータ給電指令をオン）に設定する。これにより、図６で説明したように、インバータ給電モードを実行するように、無停電電源装置１００が制御される。具体的には、スイッチ制御部３２は、コンタクタ１０をオンするとともに、コンタクタ１３をオフする。なお、コンタクタ１０をオンするとき、制御装置２０は、サイリスタスイッチ１２を所定時間だけオンする。インバータ制御部３０は、インバータ７を起動し、インバータ７から出力される交流電圧と停電発生前の交流電源１から供給される交流電圧とが同期するように、インバータ７を制御する。

これに対して、第１判定部５４Ａにより交流電源１の停電が発生している可能性があると判定された場合には、運転モード切替指令発生部２６は商用給電指令をオン（インバータ給電指令をオフ）に設定する。この場合、スイッチ制御部３２は、サイリスタスイッチ１２をオンするとともに、コンタクタ１３をオフする。一方、スイッチ制御部３２は、コンタクタ１０を未だオフとする。

これにより、図１１に示すように、時刻ｔ３以降も、無停電電源装置１００は商用給電モードとなり、交流電源１から供給される交流電力を、サイリスタスイッチ１２を介して負荷１１に供給する。

第２判定部５４Ｂは、時刻ｔ３以降、最大値推定値Ｖｍｅが判定値Ｖ１以下に低下するか否かを判定する。時刻ｔ３より後の時刻ｔ４において最大値推定値Ｖｍｅが判定値Ｖ１以下になると、第２判定部５４Ｂは、交流電源１に停電が発生していると判定する。第２判定部５４Ｂにより交流電源１に停電が発生していると判定された場合、運転モード切替指令発生部２６は商用給電指令をオフ（インバータ給電指令をオン）に設定する。

これにより、時刻ｔ４以降インバータ給電モードを実行するように、無停電電源装置１００が制御される。具体的には、スイッチ制御部３２は、コンタクタ１０をオンし、サイリスタスイッチ１２をオフする。インバータ制御部３０は、インバータ７を起動し、インバータ７から出力される交流電圧と停電発生前の交流電源１から供給される交流電圧とが同期するように、インバータ７を制御する。

以上のように、商用給電モード時に交流電源１に停電が発生している可能性があると判定された場合には、サイリスタスイッチ１２をオンするとともにコンタクタ１３をオフすることにより、サイリスタスイッチ１２を用いた商用給電モードが実行される。そして、サイリスタスイッチ１２をオンした後に最大値推定値Ｖｍｅが判定値Ｖ１以下に低下すると、コンタクタ１０をオンするとともにサイリスタスイッチ１２をオフすることにより、商用給電モードからインバータ給電モードに移行される。

（フローチャート）
図１２および図１３は、実施の形態２に係る無停電電源装置における運転モードの切り替え制御の手順を説明するためのフローチャートである。図１２および図１３に示すフローチャートは、図８に示したフローチャートに対して、ステップＳ１４およびステップＳ４０〜Ｓ４９を追加したものである。

図１２を参照して、交流電源１に停電が発生していないと判定された場合（Ｓ０８のＮＯ判定時）には、制御装置２０は、商用給電指令をオン（インバータ給電指令をオフ）に設定する（ステップＳ０９）。これにより、無停電電源装置１００は引き続き商用給電モードを実行する。

続いて制御装置２０は、交流電源１に停電が発生している可能性があるか否かを判定する（ステップＳ１４）。交流電源１に停電が発生している可能性があると判定された場合（Ｓ１４のＹＥＳ判定時）、制御装置２０は、サイリスタスイッチ１２をオンするとともに（ステップＳ４０）、コンタクタ１３をオフする（ステップＳ４１）。これにより、無停電電源装置１００は、交流電源１からの交流電力を、サイリスタスイッチ１２を介して負荷１１に供給する（ステップＳ４２）。

サイリスタスイッチ１２を用いた商用給電モード時、制御装置２０は、交流入力電圧の瞬時値ｖおよび位相θを検出し（ステップＳ４３）、これらの検出値に基づいて最大値推定値Ｖｍｅを演算する（ステップＳ４４）。制御装置２０は、最大値推定値Ｖｍｅの時間推移を記憶する（ステップＳ４５）。

制御装置２０は、最大値推定値Ｖｍｅと判定値Ｖ１とを比較する（ステップＳ４６）。最大値推定値Ｖｍｅが判定値Ｖ１以下である場合（Ｓ４６のＹＥＳ判定時）、制御装置２０は、交流電源１に停電が発生していると判定する（ステップＳ４７）。この場合、図１２のステップＳ１０に戻って、制御装置２０は、商用給電指令をオフ（インバータ給電指令をオン）に設定する。制御装置２０は、無停電電源装置１００がインバータ給電モードを実行するように、コンタクタ１０をオンするとともにサイリスタスイッチ１２をオフする。制御装置２０はさらに、インバータ７を起動する（ステップＳ１１）。

これに対して、最大値推定値Ｖｍｅが判定値Ｖ１より大きい場合（Ｓ４６のＮＯ判定時）、交流電源１に停電が発生している可能性がない、すなわち、交流電源１から交流電力が正常に供給されていると判定する。この場合、制御装置２０は、コンタクタ１３をオンするとともに（ステップＳ４８）、サイリスタスイッチ１２をオフする（ステップＳ４９）。これにより、無停電電源装置１００は引き続き商用給電モードを実行する。

以上のように、実施の形態２に係る無停電電源装置１００によれば、交流電源に停電が発生している可能性がある場合には、サイリスタスイッチ１２を用いて商用給電モードを継続して実行することにより、交流電源に停電が発生していると判定されたときに無瞬断で迅速にインバータ給電モードに移行することができる。このようにすると、交流電源に停電が発生している可能性があると直ちにインバータ給電モードに移行する場合に比べて、信頼度を損なうことなく、より長く商用給電モードを実行することが可能となる。したがって、無停電電源装置の高効率化を実現できる。

［実施の形態３］
商用給電モード時に開放される遮断器が、模擬停電試験で開放させた遮断器と異なる場合が起こり得る。このような場合、模擬停電試験で取得した停電時最大値Ｖｍｉの時間推移と、実際に交流電源１に停電が発生したときの最大値推定値Ｖｍｅの時間推移との間にズレが生じる。その結果、高速かつ精度良く交流電源１の停電を検出できなくなる可能性がある。

そこで、実施の形態３に係る無停電電源装置では、模擬停電試験において、最大値低下速度が互いに異なる複数の停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を取得しておく。これにより、交流電源１の停電検出に用いられる、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を切り替え可能とする。

実施の形態３に係る無停電電源装置は、基本的には図１に示した無停電電源装置１００と同様の構成を備えるが、電源異常検出部３６に代えて、図１４に示す電源異常検出部３６Ｂを含む点で異なる。

図１４を参照して、電源異常検出部３６Ｂにおいて、停電時電圧最大値推移記憶部５０は、最大値低下速度が互いに異なる複数の停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を記憶している。図１５は、停電時電圧最大値推移記憶部５０に記憶されている停電時最大値Ｖｍｉの時間推移の一例を示す図である。図１５を参照して、時刻ｔにて遮断器が開放されて停電が発生すると、時刻ｔ以降、交流入力電圧の最大値ＶｍはＶ０から徐々に低下する。

図１５の例では、最大値低下速度（すなわち、波形の傾き）が互いに異なる４通りの波形ｋ１〜ｋ４が示されている。これら４つの波形ｋ１〜ｋ４のうち、波形ｋ１は最も系統インピーダンスが小さいため、最大値低下速度（傾き）が最も大きくなっている。

図１５に示される複数の停電時最大値Ｖｍｉの時間推移は、たとえば、模擬停電試験において、交流電源１と入力端子Ｔ１との間に接続される複数の遮断器を選択的に開放させることで取得することができる。あるいは、模擬停電試験で取得した最大値の時間推移を基にして、シミュレーションにより作成することも可能である。

停電時電圧最大値推移記憶部５０には、上位の制御部から、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を切り替えるための切替指令が与えられる。この切替指令は、たとえば、ユーザが、無停電電源装置の運転状況を見て商用給電モードからインバータ給電モードへの移行が適当に行なわれていないと判断されたときに、無停電電源装置への入力操作を行なうことで発することができる。

停電時電圧最大値推移記憶部５０は、切替指令を受けると、複数の停電時最大値Ｖｍｉの時間推移の中から、切替指令で指示されている停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を選択して比較部５２に出力する。比較部５２は、停電時電圧最大値推移記憶部５０から与えられた、切り替え後の停電時最大値Ｖｍｉの時間推移と、電圧最大値推移記憶部４８から読み出した最大値推定値Ｖｍｅの時間推移とを比較することによって、交流電源１の停電を検出する。

（フローチャート）
図１６は、実施の形態３に係る無停電電源装置における運転モードの切り替え制御の手順を説明するためのフローチャートである。図１６に示すフローチャートは、図７に示すフローチャートに対して、ステップＳ２２およびＳ２３を追加したものである。

制御装置２０は、ステップＳ２０およびＳ２１の模擬停電試験を実施することにより、最大値低下速度が互いに異なる複数の停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を記憶しておく。上位の制御部より切替指令を受けると（Ｓ２２のＹＥＳ判定時）、制御装置２０は、切替指令に従って停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を切り替える（ステップＳ２３）。一方、切替指令を受け付けていなければ（Ｓ２２のＮＯ判定時）、制御装置２０は、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移の切り替えを行なわない。

これにより、切替指令を受付けると、制御装置２０は、ステップＳ０５にて記憶された最大値推定値Ｖｍｅの時間推移と、ステップＳ２３にて切り替えられた停電時最大値Ｖｍｉの時間推移とを比較する（ステップＳ０６）。制御装置２０は、比較結果に基づいて、交流電源１に停電が発生したか否かを判定する（ステップＳ０７）。

以上のように、実施の形態３に係る無停電電源装置によれば、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を切り替え可能とすることで、実際に交流電源１に停電が発生したときの最大値推定値Ｖｍｅの時間推移とのズレを小さくすることができる。その結果、高速かつ精度良く交流電源１の停電を検出することができる。

［実施の形態４］
上記の実施の形態３では、交流電源１の停電検出に用いられる停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を、たとえばユーザからの入力操作に基づいた切替指令に応答して切り替える構成について説明したが、制御装置２０が自律的に停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を切り替える構成としてもよい。

実施の形態４に係る無停電電源装置では、商用給電モード時、最大値推定値Ｖｍｅの時間推移に基づいて、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を学習する。停電時最大値Ｖｍｉの時間推移の学習値を用いて、交流電源１の停電を検出する。

実施の形態４に係る無停電電源装置は、基本的には図１に示した無停電電源装置１００と同様の構成を備えるが、電源異常検出部３６に代えて、図１７に示す電源異常検出部３６Ｃを含む点で異なる。

図１７を参照して、電源異常検出部３６Ｃは、停電時電圧最大値推移学習部５８を含む。停電時電圧最大値推移学習部５８は、電圧最大値推移記憶部４８に記憶されている最大値推定値Ｖｍｅの時間推移を取得する。電圧最大値推移記憶部４８には、商用給電モード時における最大値推定値Ｖｍｅの時間推移が記憶されている。最大値推定値Ｖｍｅの時間推移には、交流電源１に停電が発生したことによる低下が、複数含まれている。

停電時電圧最大値推移学習部５８は、最大値推定値Ｖｍｅの時間推移から、最大値推定値Ｖｍｅが低下したときの最大値低下速度を複数抽出する。そして、抽出した複数の最大値低下速度に基づいて、停電時最大値Ｖｍｉの最大値低下速度を学習する。たとえば、停電時電圧最大値推移学習部５８は、複数の最大値低下速度の最頻値を、停電時最大値Ｖｍｉの最大値低下速度の学習値とする。

なお、停電時最大値Ｖｍｉの最大値低下速度の学習値は、複数の最大値低下速度の平均値であってもよいし、直近に最大値推定値Ｖｍｅが低下したときの最大値低下速度であってもよい。

停電時電圧最大値推移学習部５８は、模擬停電試験によって取得した停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移の学習値に更新する。停電時電圧最大値推移学習部５８は、商用給電モード時、最大値推定値Ｖｍｅの時間推移に基づいて、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移の学習値を更新する。

停電時電圧最大値推移学習部５８は、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移の学習値を比較部５２に出力する。比較部５２は、停電時電圧最大値推移学習部５８から与えられた、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移の学習値と、電圧最大値推移記憶部４８から読み出した最大値推定値Ｖｍｅの時間推移とを比較することによって、交流電源１の停電を検出する。

（フローチャート）
図１８は、実施の形態４に係る無停電電源装置における運転モードの切り替え制御の手順を説明するためのフローチャートである。図１８に示すフローチャートは、図７に示すフローチャートに対して、ステップＳ２４およびＳ２５を追加したものである。

制御装置２０は、ステップＳ２０およびＳ２１の模擬停電試験を実施することにより、模擬停電時における停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を記憶しておく。制御装置２０はさらに、商用給電モード時における最大値推定値Ｖｍｅの時間推移に基づいて、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移（最大値低下速度）を逐次学習する（ステップＳ２４）。制御装置２０は、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移の学習値を逐次更新することにより、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を切り替える（ステップＳ２５）。

制御装置２０は、ステップＳ０５にて記憶された最大値推定値Ｖｍｅの時間推移と、ステップＳ２５にて切り替えられた停電時最大値Ｖｍｉの時間推移の学習値とを比較する（ステップＳ０６）。制御装置２０は、比較結果に基づいて、交流電源１に停電が発生したか否かを判定する（ステップＳ０７）。

以上のように、実施の形態４に係る無停電電源装置によれば、交流電源１の停電検出に用いられる停電時最大値Ｖｍｉの時間推移を、無停電電源装置の運転状況から学習することができる。そして、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移の学習値を用いることにより、停電時最大値Ｖｍｉの時間推移と、実際に交流電源１に停電が発生したときの最大値推定値Ｖｍｅの時間推移とのズレを小さくすることができる。その結果、高速かつ精度良く交流電源の停電を検出することができる。

また、実施の形態４に係る無停電電源装置によれば、停電時最大値Ｖｍｉの学習値は、無停電電源装置が設置されている環境を反映したものとなるため、無停電電源装置が設置される環境に左右されることなく、高速かつ精度良く交流電源の停電を検出することが可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 交流電源、２，１０，１３，１５ コンタクタ、１１ 負荷、３，１６ ヒューズ、４，８ リアクトル、５ コンバータ、６ 電解コンデンサ、７ インバータ、１２ サイリスタスイッチ、１４ 蓄電池、２０ 制御装置、２２ ＵＰＳ起動指令部、２４ 運転指令部、２６ 運転モード切替指令発生部、２８ コンバータ制御部、３０ インバータ制御部、３２ スイッチ制御部、３６，３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ 電源異常検出部、４０ 電圧瞬時値検出部、４２ 電圧位相検出部、４６ 電圧最大値演算部、４８ 電圧最大値推移記憶部、５０ 停電時電圧最大値推移記憶部、５２ 比較部、５４ 判定部、５４Ａ 第１判定部、５４Ｂ 第２判定部、５６ 電源監視部、５８ 停電時電圧最大値推移学習部、１００ 無停電電源装置、Ｔ１ 入力端子、Ｔ２ 出力端子、Ｖｍ 最大値、Ｖｍｅ 最大値推定値、Ｖｍｉ 停電時最大値。

Claims (5)

1. 交流電源と負荷との間に接続される無停電電源装置であって、
   前記交流電源から出力される交流電力を受ける入力端子と、
   前記負荷に接続される出力端子と、
   前記入力端子に接続され、前記交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記コンバータが出力する直流電力または電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記入力端子と前記出力端子との間に接続される第１のスイッチと、
   前記インバータと前記出力端子との間に接続される第２のスイッチと、
   前記無停電電源装置を制御する制御装置とを備え、
   前記無停電電源装置は、前記第１のスイッチをオンするとともに前記第２のスイッチをオフし、前記交流電源からの交流電力を前記第１のスイッチを介して前記負荷に供給する第１のモードと、前記第２のスイッチをオンするとともに前記第１のスイッチをオフし、前記インバータによって生成される交流電力を前記負荷に供給する第２のモードとを選択的に実行するように構成され、
   前記制御装置は、
   前記交流電源の停電を検出するように構成された電源異常検出部と、
   前記第１のモードが選択されている場合において、前記交流電源の停電が検出されたときに、前記第２のモードに移行するように、前記第１および第２のスイッチのオンオフならびに前記インバータにおける電力変換を制御するように構成された制御部とを含み、
   前記電源異常検出部は、
   前記交流電源から前記入力端子に供給される交流入力電圧の瞬時値を検出する電圧検出部と、
   前記交流入力電圧の位相を検出する位相検出部と、
   前記電圧検出部および前記位相検出部の検出値に基づいて、前記交流入力電圧の最大値の推定値を演算する演算部と、
   前記交流電源を模擬停電させたときの前記最大値の時間推移を記憶するように構成された第１の記憶部と、
   前記最大値の前記推定値の時間推移と、前記第１の記憶部に記憶される前記最大値の時間推移との比較に基づいて、前記交流電源の停電を判定するように構成された判定部とを含む、無停電電源装置。
2. 前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチの各々は、機械式スイッチにより構成され、
   前記無停電電源装置は、前記第１のスイッチに並列に接続された半導体スイッチをさらに備え、
   前記制御部は、前記第１のモードから前記第２のモードに移行するときには、前記半導体スイッチを所定時間オンするように構成される、請求項１に記載の無停電電源装置。
3. 前記判定部は、前記交流電源が正常と判定された場合にはさらに、前記最大値の前記推定値の時間推移に基づいて、前記交流電源の停電の可能性があるか否かを判定するように構成され、
   前記制御部は、前記第１のモードが選択されている場合において、前記交流電源の停電の可能性があると判定されたときには、前記半導体スイッチをオンするとともに前記第１のスイッチをオフして前記第１のモードを継続し、かつ、前記交流電源の停電と判定されると、前記第２のスイッチをオンするとともに前記半導体スイッチをオフすることにより、前記第２のモードに移行するように構成される、請求項２に記載の無停電電源装置。
4. 前記第１の記憶部は、最大値低下速度が互いに異なる複数の前記最大値の時間推移を記憶するように構成され、
   前記判定部は、前記複数の前記最大値の時間推移から選択された前記最大値の時間推移と、前記最大値の前記推定値の時間推移との比較に基づいて、前記交流電源の停電を判定するように構成される、請求項１または２に記載の無停電電源装置。
5. 前記最大値の前記推定値の時間推移を記憶するように構成された第２の記憶部をさらに備え、
   前記第１の記憶部は、前記第２の記憶部に記憶される前記最大値の前記推定値の時間推移に基づいて、停電時の前記最大値の時間推移を学習するように構成され、
   前記判定部は、前記最大値の前記推定値の時間推移と、前記第１の記憶部にて更新される停電時の前記最大値の時間推移の学習値との比較に基づいて、前記交流電源の停電を判定するように構成される、請求項１または２に記載の無停電電源装置。

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