JP7792867B2 - uninterruptible power supply - Google Patents
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Description
本開示は、交流電源からの電力を負荷に供給すると共に、交流電源の異常時には、蓄電部の電力を負荷へ供給する無停電電源装置に関する。 This disclosure relates to an uninterruptible power supply that supplies power from an AC power source to a load and, in the event of an abnormality in the AC power source, supplies power from a power storage unit to the load.
無停電電源装置は、交流を直流に変換する整流器と、当該直流を再び交流に変換するインバータと、整流器とインバータとを結ぶ直流母線に接続される蓄電池とを備える。下記特許文献1に示される無停電電源装置は、直流母線に接続されるスイッチ及び抵抗器からなる直列回路、及び当該スイッチの開閉を制御する開閉指令器を更に備えている。この特許文献1では、直流母線に流入する電流、又は直流母線電圧が既定値以上になった際には、スイッチをオン状態に制御して、負荷が発生した回生電力を抵抗器で消費させる技術が開示されている。 An uninterruptible power supply includes a rectifier that converts AC to DC, an inverter that converts the DC back to AC, and a storage battery connected to a DC bus that connects the rectifier and inverter. The uninterruptible power supply shown in Patent Document 1 below further includes a series circuit consisting of a switch and resistor connected to the DC bus, and a switching command device that controls the opening and closing of the switch. Patent Document 1 discloses technology that controls the switch to the on state when the current flowing into the DC bus or the DC bus voltage exceeds a predetermined value, causing the resistor to consume regenerative power generated by the load.
上記の特許文献1の技術では、負荷が発生した回生電力に起因する直流母線電流の増加、及び直流母線電圧の上昇を抑制して、蓄電池及び回路部品の劣化及び破損を防止することが可能である。しかしながら、特許文献1の無停電電源装置は、負荷が発生した回生電力の殆どを抵抗器にて消費させているので、回生電力を無駄にしており、回生効率が悪いという課題がある。 The technology described in Patent Document 1 above can suppress increases in DC bus current and DC bus voltage caused by regenerative power generated by the load, preventing deterioration and damage to the storage battery and circuit components. However, the uninterruptible power supply described in Patent Document 1 has the drawback of wasting regenerative power and resulting in poor regeneration efficiency, as most of the regenerative power generated by the load is consumed by resistors.
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、負荷が発生した回生電力を可能な限り蓄電池に供給して、回生効率を高めることができる無停電電源装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in light of the above, and aims to provide an uninterruptible power supply that can supply as much regenerative power generated by a load as possible to a storage battery, thereby increasing regenerative efficiency.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本開示に係る無停電電源装置は、蓄電部を備えた無停電電源装置であって、交流電源の電力を直流電力に変換する第1の電力変換部と、直流電力により充電されるコンデンサと、コンデンサの直流出力を交流電力に変換して負荷に出力する第2の電力変換部とを備える。また、無停電電源装置は、交流電源の健全時には、コンデンサから蓄電部に電荷を移動させ、交流電源の異常時には、蓄電部からコンデンサに電荷を移動させる第3の電力変換部と、コンデンサの電圧であるコンデンサ電圧を検出する電圧検出部とを備える。第3の電力変換部は、交流電源の異常時において、電圧検出部が検出するコンデンサ電圧が第1の値以上の場合には、コンデンサの電荷を蓄電部に移動させる。 To solve the above-mentioned problems and achieve the objectives, the uninterruptible power supply according to the present disclosure is an uninterruptible power supply equipped with a power storage unit, and includes a first power conversion unit that converts power from an AC power source into DC power, a capacitor that is charged with DC power, and a second power conversion unit that converts the DC output of the capacitor into AC power and outputs it to a load. The uninterruptible power supply also includes a third power conversion unit that transfers charge from the capacitor to the power storage unit when the AC power source is healthy and transfers charge from the power storage unit to the capacitor when the AC power source is abnormal, and a voltage detection unit that detects the capacitor voltage. When the AC power source is abnormal and the capacitor voltage detected by the voltage detection unit is equal to or greater than a first value, the third power conversion unit transfers the charge of the capacitor to the power storage unit.
本開示に係る無停電電源装置によれば、負荷が発生した回生電力を可能な限り蓄電池に供給できるので、回生効率を高めることができるという効果を奏する。 The uninterruptible power supply device disclosed herein can supply as much regenerative power generated by the load as possible to the storage battery, thereby achieving the effect of improving regeneration efficiency.
以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係る無停電電源装置について詳細に説明する。なお、以下では、物理的な接続と電気的な接続とを区別せずに、単に「接続」と称して説明する。即ち、「接続」という文言は、構成要素同士が直接的に接続される場合と、構成要素同士が他の構成要素を介して間接的に接続される場合との双方を含んでいる。また、以下で使用する、電圧、電流、時間、比率等に関する数値は一例であり、これらの例示によって本開示の範囲が限定されるものではない。 Uninterruptible power supplies according to embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that hereinafter, no distinction will be made between physical and electrical connections, and the term "connection" will be used. In other words, the term "connection" encompasses both direct connections between components and indirect connections between components via other components. Furthermore, the numerical values used below for voltage, current, time, ratios, etc. are merely examples, and the scope of the present disclosure is not limited by these examples.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る無停電電源装置100の全体構成を示すブロック図である。図2は、図1に示す無停電電源装置100に備えられる第1の電力変換部2の構成を示すブロック図である。図3は、図1に示す無停電電源装置100に備えられる第2の電力変換部5の構成を示すブロック図である。図4は、図1に示す無停電電源装置100に備えられる第3の電力変換部7の構成を示すブロック図である。
Embodiment 1.
Fig. 1 is a block diagram showing the overall configuration of an uninterruptible power supply 100 according to embodiment 1. Fig. 2 is a block diagram showing the configuration of a first power conversion unit 2 provided in the uninterruptible power supply 100 shown in Fig. 1. Fig. 3 is a block diagram showing the configuration of a second power conversion unit 5 provided in the uninterruptible power supply 100 shown in Fig. 1. Fig. 4 is a block diagram showing the configuration of a third power conversion unit 7 provided in the uninterruptible power supply 100 shown in Fig. 1.
無停電電源装置100は、停電又は電圧低下などの交流電源1の異常時において、電力が供給される機器である負荷4に対し、一定時間電力を供給し続けることで、機器の動作を保証し、データを保護することなどを目的とする電源装置である。即ち、無停電電源装置100は、交流電源1からの電力を負荷4に供給すると共に、交流電源1の異常時には、蓄電部6に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して負荷4へ供給することができる。この機能を実現するため、実施の形態1に係る無停電電源装置100は、図1に示すように、第1の電力変換部2と、コンデンサ3と、第2の電力変換部5と、蓄電部6と、第3の電力変換部7と、コンデンサ電圧検出部8と、設定部9と、出力電圧検出部10と、電流検出部11と、回生検出部12とを備える。 The uninterruptible power supply 100 is a power supply designed to ensure the operation of a powered device (load 4) and protect data by continuing to supply power for a certain period of time in the event of an abnormality in the AC power supply 1, such as a power outage or voltage drop. Specifically, the uninterruptible power supply 100 supplies power from the AC power supply 1 to the load 4, and in the event of an abnormality in the AC power supply 1, it can convert DC power stored in the power storage unit 6 to AC power and supply it to the load 4. To achieve this function, the uninterruptible power supply 100 according to the first embodiment includes a first power conversion unit 2, a capacitor 3, a second power conversion unit 5, a power storage unit 6, a third power conversion unit 7, a capacitor voltage detection unit 8, a setting unit 9, an output voltage detection unit 10, a current detection unit 11, and a regeneration detection unit 12, as shown in FIG. 1 .
第1の電力変換部2は、交流電源1に接続され、交流電源1の電力を直流電力に変換する。コンデンサ3は、第1の電力変換部2が供給する直流電力により、既定値である例えば200Vに充電される。第2の電力変換部5は、コンデンサ3に接続され、コンデンサ3の直流出力を交流電力に変換して負荷4に出力する。第2の電力変換部5によって、コンデンサ3から出力される例えば200Vの直流電圧は、例えば100Vの交流電圧に変換される。蓄電部6は、交流電源1の異常時において、負荷4に継続して交流電力を出力するため、第2の電力変換部5に電力を供給する。第3の電力変換部7は、蓄電部6に接続され、交流電源1が異常ではない交流電源1の健全時においては、交流電源1からの電力により蓄電部6に対する充電を行う。また、第3の電力変換部7は、交流電源1の異常時においては、蓄電部6の電力を放電させてコンデンサ3及び第2の電力変換部5に電力を供給する。 The first power conversion unit 2 is connected to the AC power source 1 and converts the power of the AC power source 1 into DC power. The capacitor 3 is charged to a preset value, for example, 200 V, using the DC power supplied by the first power conversion unit 2. The second power conversion unit 5 is connected to the capacitor 3 and converts the DC output of the capacitor 3 into AC power and outputs it to the load 4. The second power conversion unit 5 converts the DC voltage, for example, 200 V, output from the capacitor 3 into an AC voltage, for example, 100 V. The power storage unit 6 supplies power to the second power conversion unit 5 so that it can continue to output AC power to the load 4 in the event of an abnormality in the AC power source 1. The third power conversion unit 7 is connected to the power storage unit 6 and charges the power storage unit 6 with power from the AC power source 1 when the AC power source 1 is operating normally and not abnormal. Furthermore, when an abnormality occurs in the AC power supply 1, the third power conversion unit 7 discharges power from the power storage unit 6 to supply power to the capacitor 3 and the second power conversion unit 5.
コンデンサ電圧検出部8は、コンデンサ3の電圧であるコンデンサ電圧を検出し、その検出値を第3の電力変換部7に出力する。設定部9は、負荷4が回生を行うかどうかを設定し、その設定情報を第3の電力変換部7に出力する。出力電圧検出部10は、第2の電力変換部5の出力電圧を検出し、その検出値を回生検出部12に出力する。電流検出部11は、第2の電力変換部5と負荷4との間を流れる電流を検出し、その検出値を回生検出部12に出力する。回生検出部12は、出力電圧検出部10及び電流検出部11の検出値に基づいて、負荷4が回生運転を行っているのか、力行運転を行っているのかを検出し、その運転情報を第3の電力変換部7に出力する。 The capacitor voltage detection unit 8 detects the capacitor voltage, which is the voltage of the capacitor 3, and outputs the detected value to the third power conversion unit 7. The setting unit 9 sets whether the load 4 will perform regeneration and outputs this setting information to the third power conversion unit 7. The output voltage detection unit 10 detects the output voltage of the second power conversion unit 5 and outputs this detected value to the regeneration detection unit 12. The current detection unit 11 detects the current flowing between the second power conversion unit 5 and the load 4 and outputs this detected value to the regeneration detection unit 12. The regeneration detection unit 12 detects whether the load 4 is performing regeneration or power running based on the detection values of the output voltage detection unit 10 and the current detection unit 11, and outputs this operating information to the third power conversion unit 7.
第1の電力変換部2は、図2に示すように、4つのダイオードを有するブリッジ整流回路2aと、コイル、スイッチング素子及びダイオードを有する昇圧回路2bとを備える。ブリッジ整流回路2aは、交流電源1の交流電力を直流電力に整流し、整流した直流電力を昇圧回路2bに出力する。昇圧回路2bは、直流電力の電圧を昇圧し、コンデンサ電圧を既定電圧に充電する。既定電圧の例は、上述したDC(Direct Current)200Vである。なお、コンデンサ電圧が予め定められた閾値電圧以上に上昇した場合、コンデンサ3に対する充電は行われない。 As shown in Figure 2, the first power conversion unit 2 includes a bridge rectifier circuit 2a having four diodes, and a boost circuit 2b having a coil, a switching element, and a diode. The bridge rectifier circuit 2a rectifies the AC power from the AC power source 1 into DC power and outputs the rectified DC power to the boost circuit 2b. The boost circuit 2b boosts the voltage of the DC power and charges the capacitor voltage to a predetermined voltage. An example of the predetermined voltage is the aforementioned DC (Direct Current) 200V. Note that if the capacitor voltage rises above a predetermined threshold voltage, charging of the capacitor 3 is not performed.
第2の電力変換部5は、図3に示すように、ダイオードが逆並列に接続されて複数個の自己消弧型半導体スイッチング素子5a,5b,5c,5dを有する単相フルブリッジインバータ5fと、コイル及びコンデンサを有するフィルタ回路5eとを備える。自己消弧型半導体スイッチング素子5a,5b,5c,5dの一例は、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。なお、MOSFETに代えて、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、GCT(Gate Commutated Turn-off thyristor)、GTO(Gate Turn-Off thyristor)、バイポーラトランジスタなどの自己消弧型半導体スイッチング素子でもよい。また、単相フルブリッジインバータ5fが強制転流動作が可能な回路構成である場合、自己消弧機能を有さないサイリスタなどを用いてもよい。また、単相フルブリッジインバータ5fは、直流側のコンデンサを正側及び負側の2個用意することにより、ハーフブリッジインバータとしてもよい。 As shown in FIG. 3, the second power conversion unit 5 includes a single-phase full-bridge inverter 5f having multiple self-extinguishing semiconductor switching elements 5a, 5b, 5c, and 5d with diodes connected in antiparallel, and a filter circuit 5e having a coil and a capacitor. An example of the self-extinguishing semiconductor switching elements 5a, 5b, 5c, and 5d is a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET). Note that instead of MOSFETs, self-extinguishing semiconductor switching elements such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a gate commutated turn-off thyristor (GCT), a gate turn-off thyristor (GTO), or a bipolar transistor may also be used. Furthermore, if the single-phase full-bridge inverter 5f has a circuit configuration capable of forced commutation operation, a thyristor without a self-extinguishing function may also be used. The single-phase full-bridge inverter 5f may also be configured as a half-bridge inverter by providing two DC-side capacitors, one for the positive side and one for the negative side.
第3の電力変換部7は、図4に示すように、リアクトル7aと、自己消弧型半導体スイッチング素子7b,7cと、充放電制御部7dと、電圧センサ7eとを備えている。リアクトル7aは、蓄電部6の正極側に接続される。自己消弧型半導体スイッチング素子7bは、リアクトル7aの出力側、即ちリアクトル7aに対し、蓄電部6が接続される反対側において、蓄電部6に対して並列に接続される。自己消弧型半導体スイッチング素子7cは、リアクトル7aとコンデンサ3の正極側との間に接続される。自己消弧型半導体スイッチング素子7b,7cの一例は、図示のMOSFETであるが、IGBT、GCT、GTO、バイポーラトランジスタなどの自己消弧型半導体スイッチング素子でもよい。また、第3の電力変換部7が強制転流動作が可能な回路構成である場合、自己消弧機能を有さないサイリスタなどを用いてもよい。 As shown in FIG. 4, the third power conversion unit 7 includes a reactor 7a, self-extinguishing semiconductor switching elements 7b and 7c, a charge/discharge control unit 7d, and a voltage sensor 7e. The reactor 7a is connected to the positive electrode of the power storage unit 6. The self-extinguishing semiconductor switching element 7b is connected in parallel to the power storage unit 6 on the output side of the reactor 7a, i.e., on the side opposite the reactor 7a to which the power storage unit 6 is connected. The self-extinguishing semiconductor switching element 7c is connected between the reactor 7a and the positive electrode of the capacitor 3. While the self-extinguishing semiconductor switching elements 7b and 7c are MOSFETs as shown in the figure, they may also be self-extinguishing semiconductor switching elements such as IGBTs, GCTs, GTOs, and bipolar transistors. Furthermore, if the third power conversion unit 7 has a circuit configuration capable of forced commutation, a thyristor without a self-extinguishing function may also be used.
充放電制御部7dは、自己消弧型半導体スイッチング素子7bをスイッチング制御して蓄電部6の電圧を昇圧制御すると共に、自己消弧型半導体スイッチング素子7cをスイッチング制御してリアクトル7aを介して蓄電部6を充電制御する。電圧センサ7eは、蓄電部6の両端に接続され、蓄電部6の電圧を計測し、計測した電圧信号を充放電制御部7dに出力する。また、充放電制御部7dには、コンデンサ電圧検出部8の出力信号と、設定部9の出力信号と、回生検出部12の出力信号とが入力される。コンデンサ電圧検出部8の出力信号には、コンデンサ電圧の検出値に関する情報が含まれる。設定部9の出力信号には、負荷4が回生を行うかどうかを設定した設定情報が含まれる。回生検出部12の出力信号は、前述した運転情報を含む信号であり、当該運転情報には、負荷4が回生運転を行っているのか、力行運転を行っているのかを示す情報が含まれる。 The charge/discharge control unit 7d controls the switching of the self-extinguishing semiconductor switching element 7b to boost the voltage of the storage unit 6, and controls the switching of the self-extinguishing semiconductor switching element 7c to charge the storage unit 6 via the reactor 7a. The voltage sensor 7e is connected to both ends of the storage unit 6, measures the voltage of the storage unit 6, and outputs the measured voltage signal to the charge/discharge control unit 7d. The charge/discharge control unit 7d also receives the output signal of the capacitor voltage detection unit 8, the output signal of the setting unit 9, and the output signal of the regeneration detection unit 12. The output signal of the capacitor voltage detection unit 8 contains information related to the detected capacitor voltage. The output signal of the setting unit 9 contains setting information indicating whether the load 4 is performing regeneration. The output signal of the regeneration detection unit 12 contains the aforementioned operating information, and this operating information includes information indicating whether the load 4 is performing regeneration or powering operation.
次に、実施の形態1に係る無停電電源装置100の動作について説明する。まず、交流電源1の健全時には、第1の電力変換部2は、印加された交流電源1の交流電圧をブリッジ整流回路2aにより直流電圧に変換し、変換した直流電圧を昇圧回路2bにより昇圧してコンデンサ3を既定電圧であるDC200Vに充電する。なお、本稿において、交流電源1の健全時とは、交流電源1が出力する交流電圧が、負荷4の許容できる電圧範囲内にある場合とする。以下、負荷4の許容できる電圧範囲を「許容電圧範囲」と呼ぶ。無停電電源装置100の定格電圧が、例えばAC(Alternate Current)100Vである場合、許容電圧範囲の例は、AC90VからAC110Vである。 Next, the operation of the uninterruptible power supply 100 according to the first embodiment will be described. First, when the AC power supply 1 is operating normally, the first power conversion unit 2 converts the applied AC voltage of the AC power supply 1 to a DC voltage using the bridge rectifier circuit 2a, and then boosts the converted DC voltage using the boost circuit 2b to charge the capacitor 3 to a predetermined voltage of 200V DC. In this document, the AC power supply 1 operating normally refers to the AC voltage output by the AC power supply 1 being within the voltage range acceptable to the load 4. Hereinafter, the voltage range acceptable to the load 4 will be referred to as the "acceptable voltage range." If the rated voltage of the uninterruptible power supply 100 is, for example, 100V AC (alternate current), an example of the acceptable voltage range is 90V AC to 110V AC.
第2の電力変換部5は、コンデンサ3の直流電圧を既定の交流電圧に変換し、変換した交流電圧を負荷4に印加する。既定の交流電圧の例は、上述したAC100Vである。 The second power conversion unit 5 converts the DC voltage of the capacitor 3 into a predetermined AC voltage and applies the converted AC voltage to the load 4. An example of the predetermined AC voltage is the above-mentioned AC 100V.
第3の電力変換部7は、蓄電部6に対し既定の定電流で充電する定電流充電機能を有している。既定の定電流の例は、1Aである。電圧センサ7eは、蓄電部6の電圧を計測する。第3の電力変換部7は、電圧センサ7eの計測値を使用し、蓄電部6の電圧が既定の電圧に達すると、定電流充電から定電圧充電に切り替える。定電圧充電は、蓄電部6に一定の電圧を印加して充電する充電方式である。なお、第3の電力変換部7は、蓄電部6の電圧等を使用して行う周知の方法により、蓄電部6の充電率を算出する充電率算出部を有しているものとする。 The third power conversion unit 7 has a constant current charging function that charges the power storage unit 6 with a predetermined constant current. An example of the predetermined constant current is 1 A. The voltage sensor 7e measures the voltage of the power storage unit 6. The third power conversion unit 7 uses the measurement value of the voltage sensor 7e to switch from constant current charging to constant voltage charging when the voltage of the power storage unit 6 reaches a predetermined voltage. Constant voltage charging is a charging method in which a constant voltage is applied to the power storage unit 6 to charge it. The third power conversion unit 7 is assumed to have a charging rate calculation unit that calculates the charging rate of the power storage unit 6 using a well-known method using the voltage of the power storage unit 6, etc.
また、前述したように、設定部9は、負荷4が回生を行うかどうかを設定し、その設定情報を第3の電力変換部7に出力する。負荷4が回生を行う負荷である場合、以下でも述べるように、交流電源1が健全であっても、蓄電部6の充電率を100%まで行わないようにする。一方、負荷4が回生を行わない負荷である場合、蓄電部6の充電を充電率100%まで行うものとする。なお、設定部9を設けず、回生検出部12の出力である運転情報、即ち負荷4が回生運転を行っているのか、力行運転を行っているのかの情報に基づいて、蓄電部6の充電率の上限値を定めてもよい。 As mentioned above, the setting unit 9 sets whether the load 4 will perform regeneration and outputs this setting information to the third power conversion unit 7. If the load 4 is a regenerative load, as described below, the charging rate of the power storage unit 6 is not increased to 100% even if the AC power supply 1 is healthy. On the other hand, if the load 4 is a non-regenerative load, the charging rate of the power storage unit 6 is increased to 100%. It is also possible to set the upper limit of the charging rate of the power storage unit 6 without providing the setting unit 9, based on the operating information output by the regeneration detection unit 12, i.e., information on whether the load 4 is performing regenerative operation or power running.
次に、交流電源1が健全であるときの、第3の電力変換部7の詳細動作を図5を参照して説明する。図5は、図4に示す充放電制御部7dにおける交流電源1が健全時の動作説明に供するフローチャートである。 Next, detailed operation of the third power conversion unit 7 when the AC power supply 1 is healthy will be described with reference to Figure 5. Figure 5 is a flowchart illustrating operation of the charge/discharge control unit 7d shown in Figure 4 when the AC power supply 1 is healthy.
まず、ステップS101において、充電率算出部は、蓄電部6の充電率を算出する。次のステップS102において、回生検出部12は、負荷4からの回生電力を検出しているか否かを判定し、回生ありの場合には(ステップS102,Yes)、ステップS104に進み、回生なしの場合には(ステップS102,No)、ステップS103に進む。 First, in step S101, the charging rate calculation unit calculates the charging rate of the power storage unit 6. In the next step S102, the regeneration detection unit 12 determines whether or not regenerative power from the load 4 is being detected. If regeneration is present (step S102, Yes), the process proceeds to step S104. If regeneration is not present (step S102, No), the process proceeds to step S103.
ステップS103では、ステップS101で算出した蓄電部6の充電率が第1の閾値以上であるか否かが判定される。第1の閾値は、例えば70%に設定される。蓄電部6の充電率が第1の閾値以上の場合には(ステップS103,Yes)、ステップS105に進み、充電率が第1の閾値未満の場合には(ステップS103,No)、ステップS106に進む。 In step S103, it is determined whether the charging rate of the storage unit 6 calculated in step S101 is equal to or greater than a first threshold. The first threshold is set to, for example, 70%. If the charging rate of the storage unit 6 is equal to or greater than the first threshold (step S103, Yes), the process proceeds to step S105. If the charging rate is less than the first threshold (step S103, No), the process proceeds to step S106.
ステップS105では、蓄電部6からコンデンサ3への放電が開始され、図5の処理フローを終了する。 In step S105, discharge from the power storage unit 6 to the capacitor 3 begins, and the processing flow in Figure 5 ends.
ステップS105は、負荷4からの回生がなく、且つ充電率が第1の閾値以上の状態である。このため、ステップS105では、蓄電部6の充電率を下げるために、蓄電部6の放電が行われる。これにより、負荷4からの回生があったときには、回生電力を蓄電部6に充電できる状態にすることができる。 In step S105, there is no regeneration from the load 4 and the charge rate is equal to or greater than the first threshold. Therefore, in step S105, the power storage unit 6 is discharged to lower the charge rate of the power storage unit 6. This allows the power storage unit 6 to be charged with the regenerated power when there is regeneration from the load 4.
ステップS106では、充電率が第2の閾値未満であるか否かが判定される。第2の閾値は第1の閾値より小さい値であり、例えば50%に設定される。充電率が第2の閾値未満の場合には(ステップS106,Yes)、ステップS107に進み、充電率が第2の閾値以上の場合には(ステップS106,No)、ステップS108に進む。 In step S106, it is determined whether the charging rate is less than a second threshold. The second threshold is a value smaller than the first threshold, and is set to, for example, 50%. If the charging rate is less than the second threshold (step S106, Yes), proceed to step S107. If the charging rate is equal to or greater than the second threshold (step S106, No), proceed to step S108.
ステップS107は、負荷4からの回生がなく、且つ充電率が第2の閾値未満の状態である。即ち、ステップS107は、蓄電部6の充電率が十分低い状態であるので、蓄電部6の充電を開始して、図5の処理フローを終了する。 Step S107 is a state in which there is no regeneration from the load 4 and the charging rate is less than the second threshold. In other words, step S107 is a state in which the charging rate of the power storage unit 6 is sufficiently low, so charging of the power storage unit 6 begins and the processing flow in Figure 5 ends.
ステップS108は、負荷4からの回生がなく、且つ充電率が第2の閾値以上の状態である。即ち、ステップS108は、回生があったときに回生電力を蓄電部6に充電できる状態なので、蓄電部6の充放電を停止して、図5の処理フローを終了する。 Step S108 is a state in which there is no regeneration from the load 4 and the charging rate is equal to or greater than the second threshold. In other words, step S108 is a state in which, if regeneration occurs, the regenerated power can be charged to the power storage unit 6, so charging and discharging of the power storage unit 6 is stopped and the processing flow in Figure 5 ends.
ステップS104では、充電率が100%未満であるか否かが判定される。充電率が100%未満の場合には(ステップS104,Yes)、ステップS109に進み、充電率が100%の場合には(ステップS104,No)、ステップS110に進む。 In step S104, it is determined whether the charging rate is less than 100%. If the charging rate is less than 100% (step S104, Yes), proceed to step S109; if the charging rate is 100% (step S104, No), proceed to step S110.
ステップS109は、負荷4からの回生があり、且つ充電率が100%未満の状態である。即ち、ステップS109は、蓄電部6が満充電の状態ではないので、コンデンサ3から蓄電部6への充電が行われる。これにより、コンデンサ3の電荷が蓄電部6へ移動するので、負荷4からの回生電力をコンデンサ3が受け入れることができ、回生電力を有効に利用できる。 Step S109 is a state in which regeneration is occurring from load 4 and the charge rate is less than 100%. In other words, in step S109, the power storage unit 6 is not fully charged, so charging is performed from capacitor 3 to power storage unit 6. As a result, the charge in capacitor 3 is transferred to power storage unit 6, allowing capacitor 3 to receive regenerative power from load 4, making effective use of the regenerative power.
ステップS110は、負荷4から回生があり、且つ充電率が100%の状態である。即ち、ステップS110は、負荷4からの回生電力を、これ以上、蓄電部6へ充電できない状態であるので、充電を停止する。 Step S110 is a state in which regeneration is occurring from the load 4 and the charging rate is 100%. In other words, step S110 is a state in which the regenerative power from the load 4 cannot be further charged to the power storage unit 6, so charging is stopped.
なお、以上説明した図5に示す処理フローは、既定時間ごとに実行されるものとする。既定時間は、例えば10m秒に設定される。 The processing flow shown in Figure 5 is executed at preset intervals. The preset interval is set to, for example, 10 ms.
実施の形態1に係る無停電電源装置100は、図5に示す処理フローを実行しつつ、交流電源1の状態に応じた制御を実施する。具体的に、交流電源1の電圧が、例えば許容電圧範囲の下限値であるAC90V未満に低下した場合、無停電電源装置100は、交流電源1が異常状態になったと判定する。この場合、無停電電源装置100は、蓄電部6の電力を第3の電力変換部7を介してコンデンサ3に供給し、コンデンサ3が既定のDC200Vになるよう制御する。なお、無停電電源装置100は、交流電源1の電圧が許容電圧範囲の上限値であるAC110Vを超えた場合、或いはコンデンサ電圧が既定の下限値である例えば160V未満に低下した場合なども、交流電源1が異常状態であると判定する。 The uninterruptible power supply 100 according to the first embodiment executes the processing flow shown in FIG. 5 while carrying out control according to the state of the AC power supply 1. Specifically, if the voltage of the AC power supply 1 drops below, for example, 90 V AC, which is the lower limit of the allowable voltage range, the uninterruptible power supply 100 determines that the AC power supply 1 has entered an abnormal state. In this case, the uninterruptible power supply 100 supplies power from the power storage unit 6 to the capacitor 3 via the third power conversion unit 7, and controls the capacitor 3 to maintain a predetermined voltage of 200 V DC. The uninterruptible power supply 100 also determines that the AC power supply 1 has entered an abnormal state if the voltage of the AC power supply 1 exceeds 110 V AC, which is the upper limit of the allowable voltage range, or if the capacitor voltage drops below, for example, 160 V, which is the lower limit of the predetermined voltage range.
また、第2の電力変換部5は、交流電源1の異常時において、負荷4に対し、AC100Vの交流電圧の出力を継続する。本稿では、この動作を「バックアップ運転」と呼ぶ。バックアップ運転は、蓄電部6の電圧が既定の下限値である例えばDC50Vになるまで継続される。また、蓄電部6の電圧がDC50V未満に低下した場合、蓄電部6の蓄積エネルギーが枯渇したとして、負荷4への電力供給は停止される。 Furthermore, in the event of an abnormality in the AC power supply 1, the second power conversion unit 5 continues to output an AC voltage of 100 V to the load 4. In this document, this operation is referred to as "backup operation." Backup operation continues until the voltage of the power storage unit 6 reaches a predetermined lower limit, for example, DC 50 V. Furthermore, if the voltage of the power storage unit 6 falls below DC 50 V, it is assumed that the stored energy in the power storage unit 6 has been depleted, and power supply to the load 4 is stopped.
次に、交流電源1の異常時のバックアップ運転中における第3の電力変換部7の詳細動作を図6を参照して説明する。図6は、図4に示す充放電制御部7dにおけるバックアップ運転時の動作説明に供するフローチャートである。 Next, detailed operation of the third power conversion unit 7 during backup operation when an abnormality occurs in the AC power supply 1 will be described with reference to Figure 6. Figure 6 is a flowchart illustrating operation during backup operation in the charge/discharge control unit 7d shown in Figure 4.
まず、ステップS201では、コンデンサ電圧をコンデンサ電圧検出部8から取得する。次のステップS202では、ステップS201で取得した電圧値が第1の値以上であるか否かが判定される。第1の値は設定値であり、例えばDC215Vに設定される。当該電圧値が第1の値以上の場合には(ステップS202,Yes)、ステップS203に進み、当該電圧値が第1の値未満の場合には(ステップS202,No)、ステップS204に進む。 First, in step S201, the capacitor voltage is obtained from the capacitor voltage detection unit 8. In the next step S202, it is determined whether the voltage value obtained in step S201 is equal to or greater than a first value. The first value is a set value, and is set to DC 215 V, for example. If the voltage value is equal to or greater than the first value (step S202, Yes), the process proceeds to step S203. If the voltage value is less than the first value (step S202, No), the process proceeds to step S204.
ステップS203は、バックアップ運転中ではあるものの、負荷4からの回生があり、且つコンデンサ電圧が第1の値以上となっている。従って、回生電力を有効利用するため、コンデンサ3から蓄電部6への充電が開始され、ステップS206に進む。なお、ステップS203の処理により、コンデンサ3の電荷が蓄電部6へ移動する。 In step S203, although backup operation is in progress, regeneration from load 4 is occurring and the capacitor voltage is equal to or greater than the first value. Therefore, in order to make effective use of the regenerative power, charging from capacitor 3 to power storage unit 6 begins, and the process proceeds to step S206. Note that the charge in capacitor 3 is transferred to power storage unit 6 as a result of the processing in step S203.
ステップS206では、蓄電部6の充電率が算出され、ステップS207に進む。 In step S206, the charging rate of the power storage unit 6 is calculated, and the process proceeds to step S207.
ステップS207では、充電率が100%未満であるか否かが判定される。充電率が100%未満の場合には(ステップS207,Yes)、図6の処理フローを終了する。また、充電率が100%未満ではない場合、即ち充電率が100%の場合には(ステップS207,No)、ステップS208に進む。 In step S207, it is determined whether the charging rate is less than 100%. If the charging rate is less than 100% (step S207, Yes), the processing flow in Figure 6 ends. If the charging rate is not less than 100%, i.e., if the charging rate is 100% (step S207, No), the process proceeds to step S208.
ステップS208は、バックアップ運転中において、負荷4から回生電力によりコンデンサ3の電圧が第1の値以上となったことで蓄電部6への充電を開始し、その後、充電が進行して蓄電部6の充電率が100%となった状態である。このため、蓄電部6に対するこれ以上の充電は不可能なので、蓄電部6の充電を停止する。 Step S208 indicates a state in which, during backup operation, charging of the power storage unit 6 begins when the voltage of the capacitor 3 exceeds the first value due to regenerative power from the load 4, and charging then progresses until the charge rate of the power storage unit 6 reaches 100%. Therefore, further charging of the power storage unit 6 is no longer possible, so charging of the power storage unit 6 is stopped.
ステップS204では、ステップS201で取得した電圧値が第2の値未満であるか否かが判定される。第2の値は第1の値よりも小さい設定値であり、例えばDC200Vに設定される。当該電圧値が第2の値未満の場合には(ステップS204,Yes)、ステップS205に進み、当該電圧値が第2の値以上の場合には(ステップS204,No)、図6の処理フローを終了する。 In step S204, it is determined whether the voltage value acquired in step S201 is less than a second value. The second value is a set value smaller than the first value, and is set to DC 200 V, for example. If the voltage value is less than the second value (step S204, Yes), the process proceeds to step S205. If the voltage value is equal to or greater than the second value (step S204, No), the process flow in Figure 6 ends.
ステップS205は、コンデンサ電圧が低下した状態である。このため、ステップS205では、蓄電部6からコンデンサ3への放電が開始される。これにより、蓄電部6の電荷がコンデンサ3へ移動する。 In step S205, the capacitor voltage is in a low state. Therefore, in step S205, discharge from the power storage unit 6 to the capacitor 3 begins. As a result, the charge in the power storage unit 6 moves to the capacitor 3.
なお、以上説明した図6に示す処理フローは、既定時間ごとに実行されるものとする。既定時間は、例えば10m秒に設定される。 The processing flow shown in Figure 6 is executed at preset intervals. The preset interval is set to, for example, 10 ms.
以上説明したように、実施の形態1に係る無停電電源装置によれば、第3の電力変換部は、交流電源の健全時には、コンデンサから蓄電部に電荷を移動させ、交流電源の異常時には、蓄電部からコンデンサに電荷を移動させるように動作する。一方、第3の電力変換部は、交流電源の異常時において、コンデンサ電圧検出部が検出するコンデンサ電圧が第1の値以上の場合には、コンデンサの電荷を蓄電部に移動させるように動作する。この動作により、コンデンサは、負荷からの回生があったときには、回生電力を受入可能な状態にすることができる。これにより、負荷の回生電力を有効に利用することができる。 As described above, in the uninterruptible power supply according to embodiment 1, the third power conversion unit operates to transfer charge from the capacitor to the storage unit when the AC power supply is healthy, and to transfer charge from the storage unit to the capacitor when the AC power supply is abnormal. Meanwhile, when the AC power supply is abnormal, the third power conversion unit operates to transfer charge from the capacitor to the storage unit if the capacitor voltage detected by the capacitor voltage detection unit is equal to or greater than the first value. This operation enables the capacitor to be in a state where it can accept regenerated power when regenerated from the load. This allows the regenerated power of the load to be used effectively.
また、実施の形態1に係る無停電電源装置によれば、第3の電力変換部は、交流電源の異常時において、コンデンサ電圧検出部が検出するコンデンサ電圧が第1の値より小さい第2の値未満となった場合には、蓄電部からコンデンサに電荷を移動させるように動作する。これにより、負荷が回生運転から力行運転に変わっても、間断なく負荷への電力供給が継続できる。 Furthermore, in the uninterruptible power supply according to embodiment 1, when an abnormality occurs in the AC power supply and the capacitor voltage detected by the capacitor voltage detection unit falls below a second value that is smaller than the first value, the third power conversion unit operates to transfer charge from the power storage unit to the capacitor. This allows for uninterrupted power supply to the load even when the load switches from regenerative operation to power running.
また、実施の形態1に係る無停電電源装置は、負荷からの回生電力の有無を検出する回生検出部と、蓄電部の充電率を算出する充電率算出部とを更に備えた構成とすることができる。この構成の無停電電源装置において、第3の電力変換部は、交流電源が健全であり、且つ回生検出部が回生電力を検出せず、且つ充電率が第1の閾値以上であるときには、蓄電部からコンデンサに電荷を移動させるように動作する。蓄電部からコンデンサに電荷を移動させることで、蓄電部の充電率を下げることができる。また、蓄電部の充電率を下げることで、負荷から回生があったときに、負荷の回生電力を蓄電部に充電できるようになる。これにより、負荷の回生電力を有効に利用することができる。 The uninterruptible power supply according to embodiment 1 can also be configured to include a regeneration detection unit that detects the presence or absence of regenerative power from the load, and a charging rate calculation unit that calculates the charging rate of the power storage unit. In an uninterruptible power supply with this configuration, the third power conversion unit operates to transfer charge from the power storage unit to the capacitor when the AC power supply is healthy, the regeneration detection unit does not detect regenerative power, and the charging rate is equal to or greater than the first threshold. By transferring charge from the power storage unit to the capacitor, the charging rate of the power storage unit can be lowered. Furthermore, by lowering the charging rate of the power storage unit, when regeneration occurs from the load, the regenerative power of the load can be charged to the power storage unit. This allows the regenerative power of the load to be used effectively.
また、実施の形態1に係る無停電電源装置によれば、第3の電力変換部は、交流電源が健全であり、且つ回生検出部が回生電力を検出し、且つ充電率が100%未満である場合には、コンデンサから蓄電部に電荷を移動させるように動作する。これにより、負荷からの回生電力を受け入れる際の電力容量を大きくすることができる。 Furthermore, in the uninterruptible power supply according to embodiment 1, the third power conversion unit operates to transfer charge from the capacitor to the power storage unit when the AC power supply is healthy, the regeneration detection unit detects regenerative power, and the charge rate is less than 100%. This allows for a larger power capacity when accepting regenerative power from the load.
実施の形態2.
図7は、実施の形態2に係る無停電電源装置101の全体構成を示す回路図である。実施の形態2に係る無停電電源装置101は、実施の形態1に係る無停電電源装置100におけるコンデンサ3を正側コンデンサ24aと、負側コンデンサ24bとで構成したものである。このように構成された実施の形態2に係る無停電電源装置101は、実施の形態1と同等の機能を有している。また、実施の形態2に係る無停電電源装置101では、正側コンデンサ24aと負側コンデンサ24bとの間で電荷を移動させる動作を行うため、バランス部25が追加されている。
Embodiment 2.
7 is a circuit diagram showing the overall configuration of an uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2. In the uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2, the capacitor 3 in the uninterruptible power supply 100 according to embodiment 1 is configured with a positive-side capacitor 24a and a negative-side capacitor 24b. The uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2 configured in this manner has the same functions as the uninterruptible power supply 101 according to embodiment 1. In addition, a balancing unit 25 is added to the uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2 in order to transfer charge between the positive-side capacitor 24a and the negative-side capacitor 24b.
図7において、実施の形態2に係る無停電電源装置101は、第1及び第2の逆流防止用ダイオード21,22と、インバータ部24と、前述したバランス部25と、負極側昇降圧部26と、コンバータ部27とを備える。第1及び第2の逆流防止用ダイオード21,22、並びにコンバータ部27は、実施の形態1における「第1の電力変換部2」に対応し、インバータ部24は、実施の形態1における「第2の電力変換部5」に対応し、負極側昇降圧部26及びコンバータ部27は、実施の形態1における「第3の電力変換部7」に対応する。また、実施の形態2において、バランス部25は、「第4の電力変換部」を構成する。 In FIG. 7, the uninterruptible power supply 101 according to the second embodiment includes first and second reverse current prevention diodes 21 and 22, an inverter unit 24, the aforementioned balancing unit 25, a negative pole step-up/step-down unit 26, and a converter unit 27. The first and second reverse current prevention diodes 21 and 22 and the converter unit 27 correspond to the "first power conversion unit 2" in the first embodiment, the inverter unit 24 corresponds to the "second power conversion unit 5" in the first embodiment, and the negative pole step-up/step-down unit 26 and the converter unit 27 correspond to the "third power conversion unit 7" in the first embodiment. Furthermore, in the second embodiment, the balancing unit 25 constitutes the "fourth power conversion unit."
実施の形態2に係る無停電電源装置101において、バランス部25は、正側コンデンサ24aと負側コンデンサ24bとの間で電荷を移動させる動作を行う。また、負極側昇降圧部26は、交流電源1の健全時には、負側コンデンサ24bから蓄電部6に電荷を移動させる動作を行う。一方、交流電源1の異常時には、蓄電部6から負側コンデンサ24bに電荷を移動させる動作を行う。また、コンバータ部27は、交流電源1の異常時には、蓄電部6から正側コンデンサ24aに電荷を移動させる動作を行う。 In the uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2, the balancing unit 25 transfers charge between the positive-side capacitor 24a and the negative-side capacitor 24b. Furthermore, the negative-side step-up/step-down unit 26 transfers charge from the negative-side capacitor 24b to the storage unit 6 when the AC power supply 1 is operating normally. On the other hand, when an abnormality occurs in the AC power supply 1, the negative-side step-up/step-down unit 26 transfers charge from the storage unit 6 to the negative-side capacitor 24b. Furthermore, when an abnormality occurs in the AC power supply 1, the converter unit 27 transfers charge from the storage unit 6 to the positive-side capacitor 24a.
次に、図7を参照して、各構成要素の配置、接続及び基本機能について説明する。なお、実施の形態1と同一又は同等の構成要素については、同一の符号を付して示し、重複する内容の説明は、適宜割愛する。 Next, the layout, connections, and basic functions of each component will be described with reference to Figure 7. Components that are the same as or equivalent to those in embodiment 1 will be denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions will be omitted where appropriate.
無停電電源装置101は、交流電源1の一端と負荷4の一端を接続する共通線41と、直流の正極側となる正極側電圧線42と、直流の負極側となる負極側電圧線43とを備える。第1及び第2の逆流防止用ダイオード21,22は同極性に直列接続され、この直列接続の接続点44は、交流電源1の他端に接続される。第1の逆流防止用ダイオード21のカソードは正極側電圧線42に接続され、第1の逆流防止用ダイオード21のアノードは接続点44に接続される。また、第2の逆流防止用ダイオード22のアノードは負極側電圧線43に接続され、第2の逆流防止用ダイオード22のカソードは接続点44に接続される。蓄電部6は、負極側が共通線41に接続される。 The uninterruptible power supply 101 includes a common line 41 connecting one end of the AC power supply 1 to one end of the load 4, a positive voltage line 42 serving as the positive side of the DC, and a negative voltage line 43 serving as the negative side of the DC. The first and second reverse current prevention diodes 21, 22 are connected in series with the same polarity, and a connection point 44 of this series connection is connected to the other end of the AC power supply 1. The cathode of the first reverse current prevention diode 21 is connected to the positive voltage line 42, and the anode of the first reverse current prevention diode 21 is connected to the connection point 44. The anode of the second reverse current prevention diode 22 is connected to the negative voltage line 43, and the cathode of the second reverse current prevention diode 22 is connected to the connection point 44. The negative side of the storage unit 6 is connected to the common line 41.
交流電源1とコンバータ部27との間には、コンデンサ28と、リアクトル29と、交流電源/バッテリ切替スイッチ30と、バッテリ運転用スイッチ31とが設けられている。コンデンサ28は、交流電源1側に交流電源1と並列に接続される。リアクトル29は、コンデンサ28とコンバータ部27との間に接続され、コンデンサ28と共にフィルタを形成する。交流電源/バッテリ切替スイッチ30は、コンデンサ28とリアクトル29との間に接続され、交流電源1と蓄電部6との入力を切り替える。交流電源/バッテリ切替スイッチ30の接点aは交流電源1に接続され、交流電源/バッテリ切替スイッチ30の接点cはリアクトル29に接続される。バッテリ運転用スイッチ31は、交流電源/バッテリ切替スイッチ30の接点bと蓄電部6の正極側との間に接続される。 A capacitor 28, a reactor 29, an AC power supply/battery selector switch 30, and a battery operation switch 31 are provided between the AC power supply 1 and the converter unit 27. The capacitor 28 is connected in parallel with the AC power supply 1 on the AC power supply 1 side. The reactor 29 is connected between the capacitor 28 and the converter unit 27 and forms a filter together with the capacitor 28. The AC power supply/battery selector switch 30 is connected between the capacitor 28 and the reactor 29 and switches the input between the AC power supply 1 and the power storage unit 6. Contact a of the AC power supply/battery selector switch 30 is connected to the AC power supply 1, and contact c of the AC power supply/battery selector switch 30 is connected to the reactor 29. The battery operation switch 31 is connected between contact b of the AC power supply/battery selector switch 30 and the positive side of the power storage unit 6.
また、インバータ部24と負荷4との間には、リアクトル32と、コンデンサ33とが設けられている。リアクトル32はインバータ部24の出力線45に配置され、コンデンサ33は、リアクトル32の負荷4側において、負荷4と並列に接続され、リアクトル32と共にフィルタを形成する。 In addition, a reactor 32 and a capacitor 33 are provided between the inverter unit 24 and the load 4. The reactor 32 is arranged on the output line 45 of the inverter unit 24, and the capacitor 33 is connected in parallel with the load 4 on the load 4 side of the reactor 32, forming a filter together with the reactor 32.
インバータ部24は、前述した正側コンデンサ24a及び負側コンデンサ24bに加え、インバータ部第1の半導体スイッチ24cと、インバータ部第2の半導体スイッチ24eと、インバータ部ダイオード24dと、インバータ部ダイオード24fとを備える。正側コンデンサ24aは、共通線41と正極側電圧線42との間に接続され、負側コンデンサ24bは、共通線41と負極側電圧線43との間に接続される。インバータ部第1の半導体スイッチ24cは、コレクタが正極側電圧線42に接続され、エミッタがリアクトル32を介して出力線45に接続される。インバータ部第2の半導体スイッチ24eは、コレクタがインバータ部第1の半導体スイッチ24cのエミッタに接続され、エミッタが負極側電圧線43に接続される。インバータ部ダイオード24dはインバータ部第1の半導体スイッチ24cに逆並列に接続され、インバータ部ダイオード24fはインバータ部第2の半導体スイッチ24eに逆並列に接続される。 In addition to the positive side capacitor 24a and negative side capacitor 24b described above, the inverter unit 24 includes an inverter unit first semiconductor switch 24c, an inverter unit second semiconductor switch 24e, an inverter unit diode 24d, and an inverter unit diode 24f. The positive side capacitor 24a is connected between the common line 41 and the positive side voltage line 42, and the negative side capacitor 24b is connected between the common line 41 and the negative side voltage line 43. The inverter unit first semiconductor switch 24c has a collector connected to the positive side voltage line 42 and an emitter connected to the output line 45 via the reactor 32. The inverter unit second semiconductor switch 24e has a collector connected to the emitter of the inverter unit first semiconductor switch 24c and an emitter connected to the negative side voltage line 43. Inverter section diode 24d is connected in anti-parallel to inverter section first semiconductor switch 24c, and inverter section diode 24f is connected in anti-parallel to inverter section second semiconductor switch 24e.
バランス部25は、バランス部第1の半導体スイッチ25aと、バランス部第1のダイオード25bと、バランス部第2の半導体スイッチ25cと、バランス部第2のダイオード25dと、バランス部リアクトル25eとを備える。バランス部第1の半導体スイッチ25aは、コレクタが正極側電圧線42に接続され、エミッタがバランス部リアクトル25eの一端に接続される。バランス部リアクトル25eの他端は、共通線41に接続される。バランス部第2の半導体スイッチ25cは、コレクタがバランス部第1の半導体スイッチ25aのエミッタに接続され、エミッタが負極側電圧線43に接続される。バランス部第1のダイオード25bはバランス部第1の半導体スイッチ25aに逆並列に接続され、バランス部第2のダイオード25dはバランス部第2の半導体スイッチ25cに逆並列に接続される。 The balancing unit 25 includes a balancing unit first semiconductor switch 25a, a balancing unit first diode 25b, a balancing unit second semiconductor switch 25c, a balancing unit second diode 25d, and a balancing unit reactor 25e. The balancing unit first semiconductor switch 25a has a collector connected to the positive voltage line 42 and an emitter connected to one end of the balancing unit reactor 25e. The other end of the balancing unit reactor 25e is connected to the common line 41. The balancing unit second semiconductor switch 25c has a collector connected to the emitter of the balancing unit first semiconductor switch 25a and an emitter connected to the negative voltage line 43. The balancing unit first diode 25b is connected in anti-parallel to the balancing unit first semiconductor switch 25a, and the balancing unit second diode 25d is connected in anti-parallel to the balancing unit second semiconductor switch 25c.
負極側昇降圧部26は、負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26aと、負極側昇降圧部第1のダイオード26bと、負極側昇降圧部リアクトル26cと、負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ26dと、負極側昇降圧部第2のダイオード26eとを備える。負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26aは、コレクタが蓄電部6の正極側に接続され、エミッタが負極側昇降圧部リアクトル26cの一端に接続される。負極側昇降圧部リアクトル26cの他端は、共通線41に接続される。負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ26dは、コレクタが負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26aのエミッタに接続され、エミッタが負極側電圧線43に接続される。負極側昇降圧部第1のダイオード26bは負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26aに逆並列に接続され、負極側昇降圧部第2のダイオード26eは負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ26dに逆並列に接続される。 The negative voltage step-up/step-down unit 26 comprises a negative voltage step-up/step-down unit first semiconductor switch 26a, a negative voltage step-up/step-down unit first diode 26b, a negative voltage step-up/step-down unit reactor 26c, a negative voltage step-up/step-down unit second semiconductor switch 26d, and a negative voltage step-up/step-down unit second diode 26e. The collector of the negative voltage step-up/step-down unit first semiconductor switch 26a is connected to the positive side of the power storage unit 6, and the emitter is connected to one end of the negative voltage step-up/step-down unit reactor 26c. The other end of the negative voltage step-up/step-down unit reactor 26c is connected to the common line 41. The collector of the negative voltage step-up/step-down unit second semiconductor switch 26d is connected to the emitter of the negative voltage step-up/step-down unit first semiconductor switch 26a, and the emitter is connected to the negative voltage line 43. The negative side step-up/step-down section's first diode 26b is connected in anti-parallel to the negative side step-up/step-down section's first semiconductor switch 26a, and the negative side step-up/step-down section's second diode 26e is connected in anti-parallel to the negative side step-up/step-down section's second semiconductor switch 26d.
コンバータ部27は、ダイオードブリッジ27aを構成するダイオード27a1,27a2,27a3,27a4と、このダイオードブリッジ27aと並列に接続されるコンバータ部半導体スイッチ27bとを備える。 The converter section 27 includes diodes 27a1, 27a2, 27a3, and 27a4 that form a diode bridge 27a, and a converter section semiconductor switch 27b that is connected in parallel with the diode bridge 27a.
更に、無停電電源装置101は、コンデンサ電圧検出部34と、制御回路35とを備える。コンデンサ電圧検出部34は、正側コンデンサ24aの電圧及び負側コンデンサ24bの電圧を検出する。制御回路35は、交流電源/バッテリ切替スイッチ30、バッテリ運転用スイッチ31、コンバータ部半導体スイッチ27b、バランス部第1の半導体スイッチ25a、バランス部第2の半導体スイッチ25c、負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26a、及び負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ26dを制御する。また、図示は省略しているが、制御回路35は、インバータ部第1の半導体スイッチ24c及びインバータ部第2の半導体スイッチ24eも制御する。 The uninterruptible power supply 101 further includes a capacitor voltage detection unit 34 and a control circuit 35. The capacitor voltage detection unit 34 detects the voltage of the positive-side capacitor 24a and the voltage of the negative-side capacitor 24b. The control circuit 35 controls the AC power supply/battery selector switch 30, the battery operation switch 31, the converter unit semiconductor switch 27b, the balancing unit first semiconductor switch 25a, the balancing unit second semiconductor switch 25c, the negative-side step-up/step-down unit first semiconductor switch 26a, and the negative-side step-up/step-down unit second semiconductor switch 26d. Although not shown, the control circuit 35 also controls the inverter unit first semiconductor switch 24c and the inverter unit second semiconductor switch 24e.
ここで、実施の形態2に係る無停電電源装置101の基本動作について説明する。まず、無停電電源装置101において、正側コンデンサ24a及び負側コンデンサ24bは、交流電源1の健全時には、交流電源1により充電され、交流電源1の異常時には、蓄電部6により及び充電される。また、交流電源1の健全時及び異常時において、インバータ部24は、正側コンデンサ24a及び負側コンデンサ24bを直流電源として、当該直流電源から出力される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を負荷4に供給する。負極側昇降圧部26は、交流電源1の健全時には、負側コンデンサ24bから蓄電部6に電荷を移動させ、交流電源1の異常時には、蓄電部6から負側コンデンサ24bに電荷を移動させる。また、コンバータ部27は、交流電源1の異常時には、蓄電部6から正側コンデンサ24aに電荷を移動させる。 Here, the basic operation of the uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2 will be described. First, in the uninterruptible power supply 101, the positive-side capacitor 24a and the negative-side capacitor 24b are charged by the AC power supply 1 when the AC power supply 1 is operating normally, and are charged by the storage unit 6 when the AC power supply 1 is malfunctioning. Furthermore, when the AC power supply 1 is operating normally and when an abnormality occurs, the inverter unit 24 converts the DC power output from the DC power supply into AC power using the positive-side capacitor 24a and the negative-side capacitor 24b as DC power sources, and supplies the converted AC power to the load 4. The negative-side step-up/step-down unit 26 transfers charge from the negative-side capacitor 24b to the storage unit 6 when the AC power supply 1 is operating normally, and transfers charge from the storage unit 6 to the negative-side capacitor 24b when the AC power supply 1 is malfunctioning. Furthermore, the converter unit 27 transfers charge from the storage unit 6 to the positive-side capacitor 24a when the AC power supply 1 is malfunctioning.
次に、交流電源1の健全時における正側コンデンサ24a及び負側コンデンサ24bに対する充電動作について、図8から図11を参照して説明する。図8から図11は、それぞれ実施の形態2に係る無停電電源装置101に備えられる正側コンデンサ24a及び負側コンデンサ24bに対する交流電源1の健全時における充電動作の説明に供する第1から第4の図である。なお、図7において、交流電源1の一端側の電位が交流電源1の他端側の電位よりも高いときを「交流電源1の電圧が正」と呼び、これとは逆に、交流電源1の一端側の電位が交流電源1の他端側の電位よりも低いときを「交流電源1の電圧が負」と呼ぶ。 Next, the charging operation of the positive side capacitor 24a and the negative side capacitor 24b when the AC power supply 1 is operating normally will be described with reference to Figures 8 to 11. Figures 8 to 11 are first to fourth diagrams used to explain the charging operation of the positive side capacitor 24a and the negative side capacitor 24b provided in the uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2 when the AC power supply 1 is operating normally. Note that in Figure 7, when the potential at one end of the AC power supply 1 is higher than the potential at the other end of the AC power supply 1, this is referred to as "the voltage of the AC power supply 1 is positive," and conversely, when the potential at one end of the AC power supply 1 is lower than the potential at the other end of the AC power supply 1, this is referred to as "the voltage of the AC power supply 1 is negative."
まず、交流電源1の健全時において、交流電源/バッテリ切替スイッチ30の接点は、接点aに切り替えられている。そして、交流電源1の電圧が正の場合、図8に示すように、コンバータ部半導体スイッチ27bがオンに制御される。このとき、交流電源1→交流電源/バッテリ切替スイッチ30→リアクトル29→ダイオード27a1→コンバータ部半導体スイッチ27b→ダイオード27a4→交流電源1というルートで電流が流れ、リアクトル29にエネルギーが蓄積される。続いて、コンバータ部半導体スイッチ27bがオフに制御される。このとき、図9に示すように、リアクトル29→第1の逆流防止用ダイオード21→正側コンデンサ24a→交流電源1→交流電源/バッテリ切替スイッチ30→リアクトル29というルートで電流が流れ、リアクトル29に蓄積されたエネルギーによって正側コンデンサ24aが充電される。なお、負荷4からの回生電力により、正側コンデンサ24aの電圧が既定値に達し、もしくは既定値を超えた場合、コンバータ部27による充電は停止、もしくは実施されない。 First, when the AC power supply 1 is healthy, the contact of the AC power supply/battery selector switch 30 is switched to contact a. Then, when the voltage of the AC power supply 1 is positive, as shown in Figure 8, the converter section semiconductor switch 27b is controlled to be ON. At this time, current flows from the AC power supply 1 → AC power supply/battery selector switch 30 → reactor 29 → diode 27a1 → converter section semiconductor switch 27b → diode 27a4 → AC power supply 1, and energy is stored in the reactor 29. Next, the converter section semiconductor switch 27b is controlled to be OFF. At this time, as shown in Figure 9, current flows from the reactor 29 → first reverse current prevention diode 21 → positive side capacitor 24a → AC power supply 1 → AC power supply/battery selector switch 30 → reactor 29, and the positive side capacitor 24a is charged with the energy stored in the reactor 29. Furthermore, if the voltage of the positive side capacitor 24a reaches or exceeds a predetermined value due to regenerative power from the load 4, charging by the converter unit 27 will be stopped or will not be performed.
また、交流電源1の電圧が負の場合、図10に示すように、コンバータ部半導体スイッチ27bがオンに制御される。このとき、交流電源1→ダイオード27a2→コンバータ部半導体スイッチ27b→ダイオード27a3→リアクトル29→交流電源/バッテリ切替スイッチ30→交流電源1というルートで電流が流れ、リアクトル29にエネルギーが蓄積される。続いて、コンバータ部半導体スイッチ27bがオフに制御される。このとき、図11に示すように、リアクトル29→交流電源/バッテリ切替スイッチ30→交流電源1→負側コンデンサ24b→第2の逆流防止用ダイオード22→リアクトル29というルートで電流が流れ、リアクトル29に蓄積されたエネルギーによって負側コンデンサ24bが充電される。なお、負荷4からの回生電力により、負側コンデンサ24bの電圧が既定値に達し、もしくは既定値を超えた場合、コンバータ部27による充電は停止、もしくは実施されない。 When the voltage of AC power supply 1 is negative, as shown in FIG. 10, converter unit semiconductor switch 27b is turned on. At this time, current flows from AC power supply 1 to diode 27a2 to converter unit semiconductor switch 27b to diode 27a3 to reactor 29 to AC power supply/battery selector switch 30 to AC power supply 1, and energy is stored in reactor 29. Next, converter unit semiconductor switch 27b is turned off. At this time, as shown in FIG. 11, current flows from reactor 29 to AC power supply/battery selector switch 30 to AC power supply 1 to negative-side capacitor 24b to second reverse-flow prevention diode 22 to reactor 29, and negative-side capacitor 24b is charged with the energy stored in reactor 29. If the voltage of negative-side capacitor 24b reaches or exceeds a predetermined value due to regenerative power from load 4, charging by converter unit 27 is stopped or not performed.
次に、交流電源1の健全時における蓄電部6に対する充電動作について、図12及び図13を参照して説明する。図12及び図13は、それぞれ実施の形態2に係る無停電電源装置101に備えられる蓄電部6に対する交流電源1の健全時における充電動作の説明に供する第1及び第2の図である。 Next, the charging operation of the power storage unit 6 when the AC power supply 1 is operating normally will be described with reference to Figures 12 and 13. Figures 12 and 13 are first and second diagrams, respectively, used to explain the charging operation of the power storage unit 6 provided in the uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2 when the AC power supply 1 is operating normally.
まず、図12に示すように、負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ26dがオンに制御される。このとき、負側コンデンサ24b→負極側昇降圧部リアクトル26c→負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ26d→負側コンデンサ24bというルートで電流が流れ、負極側昇降圧部リアクトル26cにエネルギーが蓄積される。続いて、負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ26dがオフに制御される。このとき、図13に示すように、負極側昇降圧部リアクトル26c→負極側昇降圧部第1のダイオード26b→蓄電部6→負極側昇降圧部リアクトル26cというルートで電流が流れ、負極側昇降圧部リアクトル26cに蓄積されたエネルギーによって蓄電部6が充電される。 First, as shown in FIG. 12, the negative side step-up/step-down unit second semiconductor switch 26d is turned on. At this time, current flows from the negative side capacitor 24b → negative side step-up/step-down unit reactor 26c → negative side step-up/step-down unit second semiconductor switch 26d → negative side capacitor 24b, and energy is stored in the negative side step-up/step-down unit reactor 26c. Next, the negative side step-up/step-down unit second semiconductor switch 26d is turned off. At this time, as shown in FIG. 13, current flows from the negative side step-up/step-down unit reactor 26c → negative side step-up/step-down unit first diode 26b → power storage unit 6 → negative side step-up/step-down unit reactor 26c, and the power storage unit 6 is charged with the energy stored in the negative side step-up/step-down unit reactor 26c.
次に、交流電源1の異常時における正側コンデンサ24a及び負側コンデンサ24bに対する充電動作について、図14から図17を参照して説明する。図14及び図15は、それぞれ実施の形態2に係る無停電電源装置101に備えられる正側コンデンサ24aに対する交流電源1の異常時における充電動作の説明に供する第1及び第2の図である。また、図16及び図17は、それぞれ実施の形態2に係る無停電電源装置101に備えられる負側コンデンサ24bに対する交流電源1の異常時における充電動作の説明に供する第1及び第2の図である。 Next, the charging operation of the positive side capacitor 24a and the negative side capacitor 24b when an abnormality occurs in the AC power supply 1 will be described with reference to Figures 14 to 17. Figures 14 and 15 are first and second diagrams, respectively, used to explain the charging operation of the positive side capacitor 24a provided in the uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2 when an abnormality occurs in the AC power supply 1. Figures 16 and 17 are first and second diagrams, respectively, used to explain the charging operation of the negative side capacitor 24b provided in the uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2 when an abnormality occurs in the AC power supply 1.
まず、交流電源1の異常時においては、図14に示すように、交流電源/バッテリ切替スイッチ30の接点は接点bに切り替えられ、バッテリ運転用スイッチ31は短絡されている。そして、正側コンデンサ24aを充電する場合には、コンバータ部半導体スイッチ27bはオンに制御される。このとき、図14に示すように、蓄電部6→バッテリ運転用スイッチ31→交流電源/バッテリ切替スイッチ30→リアクトル29→ダイオードブリッジ27aのダイオード27a1→コンバータ部半導体スイッチ27b→ダイオード27a4→蓄電部6というルートで電流が流れ、リアクトル29にエネルギーが蓄積される。続いて、コンバータ部半導体スイッチ27bがオフに制御される。このとき、図15に示すように、リアクトル29→第1の逆流防止用ダイオード21→正側コンデンサ24a→蓄電部6→バッテリ運転用スイッチ31→交流電源/バッテリ切替スイッチ30→リアクトル29というルートで電流が流れ、リアクトル29に蓄積されたエネルギーによって正側コンデンサ24aが充電される。 First, when an abnormality occurs in the AC power supply 1, as shown in Figure 14, the contact of the AC power supply/battery selector switch 30 is switched to contact b, and the battery operation switch 31 is short-circuited. Then, when charging the positive side capacitor 24a, the converter section semiconductor switch 27b is controlled to be ON. At this time, as shown in Figure 14, current flows through the route of the power storage unit 6 → battery operation switch 31 → AC power supply/battery selector switch 30 → reactor 29 → diode 27a1 of the diode bridge 27a → converter section semiconductor switch 27b → diode 27a4 → power storage unit 6, and energy is stored in the reactor 29. Next, the converter section semiconductor switch 27b is controlled to be OFF. At this time, as shown in Figure 15, current flows through the reactor 29 → first reverse current prevention diode 21 → positive side capacitor 24a → power storage unit 6 → battery operation switch 31 → AC power supply/battery selector switch 30 → reactor 29, and the positive side capacitor 24a is charged by the energy stored in reactor 29.
また、負側コンデンサ24bを充電する場合には、負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26aがオンに制御される。このとき、図16に示すように、蓄電部6→負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26a→負極側昇降圧部リアクトル26c→蓄電部6というルートで電流が流れ、負極側昇降圧部リアクトル26cにエネルギーが蓄積される。続いて、負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26aがオフに制御される。このとき、図17に示すように、負極側昇降圧部リアクトル26c→負側コンデンサ24b→負極側昇降圧部第2のダイオード26e→負極側昇降圧部リアクトル26cというルートで電流が流れ、負極側昇降圧部リアクトル26cに蓄積されたエネルギーによって負側コンデンサ24bが充電される。 When charging the negative capacitor 24b, the negative step-up/step-down unit first semiconductor switch 26a is turned on. At this time, as shown in FIG. 16, current flows from the power storage unit 6 to the negative step-up/step-down unit first semiconductor switch 26a to the negative step-up/step-down unit reactor 26c to the power storage unit 6, and energy is stored in the negative step-up/step-down unit reactor 26c. Next, the negative step-up/step-down unit first semiconductor switch 26a is turned off. At this time, as shown in FIG. 17, current flows from the negative step-up/step-down unit reactor 26c to the negative capacitor 24b to the negative step-up/step-down unit second diode 26e to the negative step-up/step-down unit reactor 26c, and the negative capacitor 24b is charged with the energy stored in the negative step-up/step-down unit reactor 26c.
なお、負荷4に交流電力を供給する際に、負荷4の不平衡などにより、正側コンデンサ24aの電圧と負側コンデンサ24bの電圧とが不平衡になることがある。このような不平衡が生じた場合の動作について、図18から図21を参照して説明する。図18及び図19は、それぞれ実施の形態2に係る無停電電源装置101に備えられる正側コンデンサ24a及び負側コンデンサ24bのうちで負側コンデンサ24bの電圧が高くなった場合の不平衡を解消するための動作説明に供する第1及び第2の図である。また、図20及び図21は、それぞれ実施の形態2に係る無停電電源装置101に備えられる正側コンデンサ24a及び負側コンデンサ24bのうちで正側コンデンサ24aの電圧が高くなった場合の不平衡を解消するための動作説明に供する第1及び第2の図である。 When AC power is supplied to the load 4, an imbalance in the voltages of the positive-side capacitor 24a and the negative-side capacitor 24b may occur due to an imbalance in the load 4. Operation when such an imbalance occurs will be described with reference to Figures 18 to 21. Figures 18 and 19 are first and second diagrams, respectively, used to explain the operation for eliminating the imbalance when the voltage of the negative-side capacitor 24b, one of the positive-side capacitor 24a and the negative-side capacitor 24b provided in the uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2, becomes high. Figures 20 and 21 are first and second diagrams, respectively, used to explain the operation for eliminating the imbalance when the voltage of the positive-side capacitor 24a, one of the positive-side capacitor 24a and the negative-side capacitor 24b provided in the uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2, becomes high.
まず、負側コンデンサ24bの電圧が高くなった場合には、バランス部第2の半導体スイッチ25cがオンに制御される。このとき、図18に示すように、負側コンデンサ24b→バランス部リアクトル25e→バランス部第2の半導体スイッチ25c→負側コンデンサ24bというルートで電流が流れ、バランス部リアクトル25eにエネルギーが蓄積される。続いて、バランス部第2の半導体スイッチ25cがオフに制御される。このとき、図19に示すように、バランス部リアクトル25e→バランス部第1のダイオード25b→正側コンデンサ24a→バランス部リアクトル25eというルートで電流が流れ、バランス部リアクトル25eに蓄積されたエネルギーによって正側コンデンサ24aが充電される。この制御により、負側コンデンサ24bの電荷が正側コンデンサ24aに移動するので、正側コンデンサ24aと負側コンデンサ24bとの間の不平衡が解消される。 First, when the voltage of the negative side capacitor 24b becomes high, the balancing section second semiconductor switch 25c is controlled to be turned on. At this time, as shown in FIG. 18, current flows from the negative side capacitor 24b to the balancing section reactor 25e to the balancing section second semiconductor switch 25c to the negative side capacitor 24b, and energy is stored in the balancing section reactor 25e. Next, the balancing section second semiconductor switch 25c is controlled to be turned off. At this time, as shown in FIG. 19, current flows from the balancing section reactor 25e to the balancing section first diode 25b to the positive side capacitor 24a to the balancing section reactor 25e, and the positive side capacitor 24a is charged with the energy stored in the balancing section reactor 25e. This control transfers the charge in the negative side capacitor 24b to the positive side capacitor 24a, thereby eliminating the imbalance between the positive side capacitor 24a and the negative side capacitor 24b.
また、正側コンデンサ24aの電圧が高くなった場合には、バランス部第1の半導体スイッチ25aがオンに制御される。このとき、図20に示すように、正側コンデンサ24a→バランス部第1の半導体スイッチ25a→バランス部リアクトル25e→正側コンデンサ24aというルートで電流が流れ、バランス部リアクトル25eにエネルギーが蓄積される。続いて、バランス部第1の半導体スイッチ25aがオフに制御される。このとき、図21に示すように、バランス部リアクトル25e→負側コンデンサ24b→バランス部第2のダイオード25d→バランス部リアクトル25eというルートで電流が流れ、バランス部リアクトル25eに蓄積されたエネルギーによって負側コンデンサ24bが充電される。この制御により、正側コンデンサ24aの電荷が負側コンデンサ24bに移動するので、正側コンデンサ24aと負側コンデンサ24bとの間の不平衡が解消される。 Furthermore, when the voltage of the positive side capacitor 24a becomes high, the balancing section first semiconductor switch 25a is controlled to be turned on. At this time, as shown in FIG. 20, current flows from the positive side capacitor 24a → balancing section first semiconductor switch 25a → balancing section reactor 25e → positive side capacitor 24a, and energy is stored in the balancing section reactor 25e. Next, the balancing section first semiconductor switch 25a is controlled to be turned off. At this time, as shown in FIG. 21, current flows from the balancing section reactor 25e → negative side capacitor 24b → balancing section second diode 25d → balancing section reactor 25e, and the negative side capacitor 24b is charged with the energy stored in the balancing section reactor 25e. This control transfers the charge of the positive side capacitor 24a to the negative side capacitor 24b, thereby eliminating the imbalance between the positive side capacitor 24a and the negative side capacitor 24b.
また、実施の形態1と同様に、制御回路35は、蓄電部6の電圧等を使用して行う周知の方法により、蓄電部6の充電率を算出する充電率算出部を有している。また、実施の形態1と同様に、負荷4が回生を行うかどうかは、設定部9で設定される。負荷4が回生を行う負荷である場合には、交流電源1が健全であっても、充電率が100%までの充電は行われない。一方、負荷4が回生を行わない負荷である場合には、充電率が100%までの充電が行われる。また、実施の形態1と同様に、設定部9を設けずに、回生検出部12の出力である運転情報、即ち負荷4が回生運転を行っているのか、力行運転を行っているのかの情報に基づいて、蓄電部6の充電率の上限値を定めてもよい。 Also, as in embodiment 1, the control circuit 35 has a charging rate calculation unit that calculates the charging rate of the power storage unit 6 by a well-known method using the voltage of the power storage unit 6, etc. Also, as in embodiment 1, whether the load 4 performs regeneration is set by the setting unit 9. If the load 4 is a regenerative load, the charging rate will not be 100%, even if the AC power supply 1 is healthy. On the other hand, if the load 4 is a non-regenerative load, the charging rate will be 100%. Also, as in embodiment 1, the setting unit 9 may not be provided, and the upper limit of the charging rate of the power storage unit 6 may be determined based on the operating information output by the regeneration detection unit 12, i.e., information on whether the load 4 is performing regenerative operation or power running.
次に、交流電源1が健全であるときの、バランス部25、負極側昇降圧部26及びコンバータ部27の詳細動作について説明する。なお、これらの構成部における健全時の動作も、実施の形態1の説明で参照した図5のフローチャートに従う動作となる。以下、図5を参照して説明する。 Next, we will explain the detailed operations of the balance unit 25, negative electrode step-up/step-down unit 26, and converter unit 27 when the AC power supply 1 is healthy. Note that the operations of these components when healthy also follow the flowchart in Figure 5, which was referenced in the explanation of embodiment 1. The following explanation will be made with reference to Figure 5.
まず、ステップS101において、制御回路35の充電率算出部は、蓄電部6の充電率を算出する。次のステップS102において、回生検出部12は、負荷4からの回生電力を検出しているか否かを判定し、回生ありの場合には(ステップS102,Yes)、ステップS104に進み、回生なしの場合には(ステップS102,No)、ステップS103に進む。 First, in step S101, the charging rate calculation unit of the control circuit 35 calculates the charging rate of the power storage unit 6. In the next step S102, the regeneration detection unit 12 determines whether or not regenerative power from the load 4 is being detected. If regeneration is present (step S102, Yes), the process proceeds to step S104. If regeneration is not present (step S102, No), the process proceeds to step S103.
ステップS103では、ステップS101で算出した蓄電部6の充電率が第1の閾値以上であるか否かが判定される。第1の閾値は、例えば70%に設定される。蓄電部6の充電率が第1の閾値以上の場合には(ステップS103,Yes)、ステップS105に進み、充電率が第1の閾値未満の場合には(ステップS103,No)、ステップS106に進む。 In step S103, it is determined whether the charging rate of the storage unit 6 calculated in step S101 is equal to or greater than a first threshold. The first threshold is set to, for example, 70%. If the charging rate of the storage unit 6 is equal to or greater than the first threshold (step S103, Yes), the process proceeds to step S105. If the charging rate is less than the first threshold (step S103, No), the process proceeds to step S106.
ステップS105では、蓄電部6から負側コンデンサ24bへの放電が開始され、図5の処理フローを終了する。 In step S105, discharge from the storage unit 6 to the negative capacitor 24b begins, and the processing flow in Figure 5 ends.
ステップS105は、負荷4からの回生がなく、且つ充電率が第1の閾値以上の状態である。このため、ステップS105では、蓄電部6の充電率を下げるために、蓄電部6の放電が行われる。これにより、負荷4からの回生があったときには、回生電力を蓄電部6に充電できる状態にすることができる。 In step S105, there is no regeneration from the load 4 and the charge rate is equal to or greater than the first threshold. Therefore, in step S105, the power storage unit 6 is discharged to lower the charge rate of the power storage unit 6. This allows the power storage unit 6 to be charged with the regenerated power when there is regeneration from the load 4.
ステップS106では、充電率が第2の閾値未満であるか否かが判定される。第2の閾値は第1の閾値より小さい値であり、例えば50%に設定される。充電率が第2の閾値未満の場合には(ステップS106,Yes)、ステップS107に進み、充電率が第2の閾値以上の場合には(ステップS106,No)、ステップS108に進む。 In step S106, it is determined whether the charging rate is less than a second threshold. The second threshold is a value smaller than the first threshold, and is set to, for example, 50%. If the charging rate is less than the second threshold (step S106, Yes), proceed to step S107. If the charging rate is equal to or greater than the second threshold (step S106, No), proceed to step S108.
ステップS107は、負荷4からの回生がなく、且つ充電率が第2の閾値未満の状態である。即ち、ステップS107は、蓄電部6の充電率が十分低い状態であるので、蓄電部6の充電を開始して、図5の処理フローを終了する。具体的には、図12及び図13に示すように、負極側昇降圧部26を動作させ、蓄電部6の充電を開始して、負側コンデンサ24bから蓄電部6に電荷を移動させる。 Step S107 is a state in which there is no regeneration from the load 4 and the charging rate is less than the second threshold. That is, in step S107, the charging rate of the power storage unit 6 is sufficiently low, so charging of the power storage unit 6 begins and the processing flow in Figure 5 ends. Specifically, as shown in Figures 12 and 13, the negative side step-up/step-down unit 26 is operated to begin charging the power storage unit 6 and transfer charge from the negative side capacitor 24b to the power storage unit 6.
ステップS108は、負荷4からの回生がなく、且つ充電率が第2の閾値以上の状態である。即ち、ステップS108は、回生があったときに回生電力を蓄電部6に充電できる状態なので、蓄電部6の充放電を停止して、図5の処理フローを終了する。 Step S108 is a state in which there is no regeneration from the load 4 and the charging rate is equal to or greater than the second threshold. In other words, step S108 is a state in which, if regeneration occurs, the regenerated power can be charged to the power storage unit 6, so charging and discharging of the power storage unit 6 is stopped and the processing flow in Figure 5 ends.
ステップS104では、充電率が100%未満であるか否かが判定される。充電率が100%未満の場合には(ステップS104,Yes)、ステップS109に進み、充電率が100%の場合には(ステップS104,No)、ステップS110に進む。 In step S104, it is determined whether the charging rate is less than 100%. If the charging rate is less than 100% (step S104, Yes), proceed to step S109; if the charging rate is 100% (step S104, No), proceed to step S110.
ステップS109は、負荷4からの回生があり、且つ充電率が100%未満の状態である。即ち、ステップS109は、蓄電部6が満充電の状態ではないので、負側コンデンサ24bから蓄電部6への充電が行われる。具体的には、図12及び図13に示すように、負極側昇降圧部26を動作させ、蓄電部6の充電を開始して、負側コンデンサ24bから蓄電部6に電荷を移動させる。これにより、負荷4からの回生電力を負側コンデンサ24bが受け入れることができるので、回生電力を有効に利用できる。 Step S109 is a state in which power is regenerated from the load 4 and the charging rate is less than 100%. That is, in step S109, the power storage unit 6 is not fully charged, so charging is performed from the negative side capacitor 24b to the power storage unit 6. Specifically, as shown in Figures 12 and 13, the negative side step-up/step-down unit 26 is operated to start charging the power storage unit 6 and transfer charge from the negative side capacitor 24b to the power storage unit 6. This allows the negative side capacitor 24b to accept regenerated power from the load 4, making effective use of the regenerated power.
ステップS110は、負荷4から回生があり、且つ充電率が100%の状態である。即ち、ステップS110は、負荷4からの回生電力を、これ以上蓄電部6へ充電できない状態であるので、充電を停止する。 Step S110 is a state in which regeneration is occurring from the load 4 and the charging rate is 100%. In other words, step S110 is a state in which the regenerative power from the load 4 cannot be further charged to the power storage unit 6, so charging is stopped.
なお、以上説明した図5に示す処理フローは、既定時間ごとに実行されるものとする。既定時間は、例えば10m秒に設定される。 The processing flow shown in Figure 5 is executed at preset intervals. The preset interval is set to, for example, 10 ms.
また、実施の形態2に係る無停電電源装置101は、図5に示す処理フローを実行しつつ、交流電源1の状態に応じた制御を実施する。具体的に、交流電源1の電圧が、例えば許容電圧範囲の下限値であるAC90V未満に低下した場合、無停電電源装置101は、交流電源1が異常状態になったと判定する。この場合、無停電電源装置101は、蓄電部6の電力を負極側昇降圧部26又はコンバータ部27を介して正側コンデンサ24a又は負側コンデンサ24bに供給し、コンデンサ電圧が既定のDC200Vになるよう制御する。なお、無停電電源装置101は、交流電源1の電圧が許容電圧範囲の上限値であるAC110Vを超えた場合、或いはコンデンサ電圧が既定の下限値である例えば160V未満に低下した場合なども、交流電源1が異常状態であると判定する。 The uninterruptible power supply 101 according to the second embodiment also executes the processing flow shown in FIG. 5 while performing control according to the state of the AC power supply 1. Specifically, if the voltage of the AC power supply 1 drops below, for example, 90 V AC, which is the lower limit of the allowable voltage range, the uninterruptible power supply 101 determines that the AC power supply 1 has entered an abnormal state. In this case, the uninterruptible power supply 101 supplies power from the storage unit 6 to the positive-side capacitor 24a or the negative-side capacitor 24b via the negative-side step-up/step-down unit 26 or the converter unit 27, and controls the capacitor voltage to a predetermined value of 200 V DC. The uninterruptible power supply 101 also determines that the AC power supply 1 has entered an abnormal state if the voltage of the AC power supply 1 exceeds 110 V AC, which is the upper limit of the allowable voltage range, or if the capacitor voltage drops below, for example, 160 V, which is the lower limit of the predetermined value.
また、実施の形態2に係る無停電電源装置101は、実施の形態1に係る無停電電源装置100と同様に、交流電源1の異常時においても、負荷4に対し、AC100Vの交流電圧の出力を継続するバックアップ運転を行う。バックアップ運転は、蓄電部6の電圧が既定の下限値である例えばDC50Vになるまでを継続され、蓄電部6の電圧がDC50V未満に低下した場合、蓄電部6の蓄積エネルギーが枯渇したとして、負荷4への電力供給は停止される。 Furthermore, like the uninterruptible power supply 100 according to embodiment 1, the uninterruptible power supply 101 according to embodiment 2 performs backup operation, continuing to output an AC voltage of 100 V AC to the load 4 even when an abnormality occurs in the AC power supply 1. Backup operation continues until the voltage of the power storage unit 6 reaches a predetermined lower limit, for example, DC 50 V. If the voltage of the power storage unit 6 drops below DC 50 V, it is determined that the stored energy in the power storage unit 6 has been depleted, and power supply to the load 4 is stopped.
次に、交流電源1が異常時のバックアップ運転中におけるバランス部25、負極側昇降圧部26及びコンバータ部27の詳細動作について説明する。なお、これらの構成部におけるバックアップ運転中の動作も、実施の形態1の説明で参照した図6のフローチャートに従う動作となる。以下、図6を参照して説明する。 Next, we will explain the detailed operations of the balance unit 25, negative electrode step-up/step-down unit 26, and converter unit 27 during backup operation when the AC power supply 1 is abnormal. Note that the operations of these components during backup operation also follow the flowchart in Figure 6, which was referenced in the explanation of embodiment 1. The following explanation will be made with reference to Figure 6.
まず、ステップS201では、正側コンデンサ24a及び負側コンデンサ24bの電圧をコンデンサ電圧検出部8から取得する。次のステップS202では、ステップS201で取得した電圧値が第1の値以上であるか否かが判定される。第1の値は設定値であり、例えばDC215Vに設定される。当該電圧値が第1の値以上の場合には(ステップS202,Yes)、ステップS203に進み、当該電圧値が第1の値未満の場合には(ステップS202,No)、ステップS204に進む。 First, in step S201, the voltages of the positive-side capacitor 24a and the negative-side capacitor 24b are obtained from the capacitor voltage detection unit 8. In the next step S202, it is determined whether the voltage value obtained in step S201 is equal to or greater than a first value. The first value is a set value, and is set to DC 215 V, for example. If the voltage value is equal to or greater than the first value (step S202, Yes), the process proceeds to step S203. If the voltage value is less than the first value (step S202, No), the process proceeds to step S204.
ステップS203は、バックアップ運転中ではあるものの、負荷4からの回生があり、且つ正側コンデンサ24a及び負側コンデンサ24bの電圧のうちの少なくとも1つが第1の値以上となっている。従って、回生電力を有効利用するため、蓄電部6への充電が開始される。具体的には、図12及び図13に示すように、負極側昇降圧部26を動作させ、蓄電部6の充電を開始して、負側コンデンサ24bから蓄電部6に電荷を移動させる。或いは、図18及び図19に示すように、バランス部25を動作させ、負側コンデンサ24bから正側コンデンサ24aに電荷を移動させる。ステップS203の処理の後、ステップS206に進む。 In step S203, although backup operation is in progress, regeneration from the load 4 is occurring, and at least one of the voltages of the positive side capacitor 24a and the negative side capacitor 24b is equal to or greater than the first value. Therefore, to effectively utilize the regenerative power, charging of the power storage unit 6 begins. Specifically, as shown in Figures 12 and 13, the negative side step-up/step-down unit 26 is operated to begin charging the power storage unit 6 and transfer charge from the negative side capacitor 24b to the power storage unit 6. Alternatively, as shown in Figures 18 and 19, the balance unit 25 is operated to transfer charge from the negative side capacitor 24b to the positive side capacitor 24a. After processing step S203, the process proceeds to step S206.
ステップS206では、蓄電部6の充電率が算出され、ステップS207に進む。 In step S206, the charging rate of the power storage unit 6 is calculated, and the process proceeds to step S207.
ステップS207では、充電率が100%未満であるか否かが判定される。充電率が100%未満の場合には(ステップS207,Yes)、図6の処理フローを終了する。また、充電率が100%の場合には(ステップS207,No)、ステップS208に進む。 In step S207, it is determined whether the charging rate is less than 100%. If the charging rate is less than 100% (step S207, Yes), the processing flow in Figure 6 ends. If the charging rate is 100% (step S207, No), the processing proceeds to step S208.
ステップS208は、バックアップ運転中において、負荷4から回生電力によりコンデンサ電圧が第1の値以上となったことで蓄電部6への充電を開始し、その後、充電が進行して蓄電部6の充電率が100%となった状態である。このため、蓄電部6に対するこれ以上の充電は不可能なので、蓄電部6の充電を停止する。 Step S208 indicates a state in which, during backup operation, charging of the power storage unit 6 begins when the capacitor voltage exceeds a first value due to regenerative power from the load 4, and charging then progresses until the charge rate of the power storage unit 6 reaches 100%. Therefore, further charging of the power storage unit 6 is no longer possible, so charging of the power storage unit 6 is stopped.
ステップS204では、ステップS201で取得した電圧値が第2の値未満であるか否かが判定される。第2の値は第1の値よりも小さい設定値であり、例えばDC200Vに設定される。当該電圧値が第2の値未満の場合には(ステップS204,Yes)、ステップS205に進み、当該電圧値が第2の値以上の場合には(ステップS204,No)、図6の処理フローを終了する。 In step S204, it is determined whether the voltage value acquired in step S201 is less than a second value. The second value is a set value smaller than the first value, and is set to DC 200 V, for example. If the voltage value is less than the second value (step S204, Yes), the process proceeds to step S205. If the voltage value is equal to or greater than the second value (step S204, No), the process flow in Figure 6 ends.
ステップS205は、正側コンデンサ24a及び負側コンデンサ24bの電圧のうちの少なくとも1つの電圧が低下した状態である。このため、ステップS205では、正側コンデンサ24a及び負側コンデンサ24bのうちの何れかに電荷を移動させる。具体的には、図14及び図15に示すように、コンバータ部27を動作させ、蓄電部6から正側コンデンサ24aに電荷を移動させる。或いは、図16及び図17に示すように、負極側昇降圧部26を動作させ、蓄電部6から負側コンデンサ24bに電荷を移動させる。 Step S205 indicates that at least one of the voltages of the positive side capacitor 24a and the negative side capacitor 24b has dropped. Therefore, in step S205, charge is transferred to either the positive side capacitor 24a or the negative side capacitor 24b. Specifically, as shown in Figures 14 and 15, the converter unit 27 is operated to transfer charge from the storage unit 6 to the positive side capacitor 24a. Alternatively, as shown in Figures 16 and 17, the negative side step-up/step-down unit 26 is operated to transfer charge from the storage unit 6 to the negative side capacitor 24b.
なお、以上説明した図6に示す処理フローは、既定時間ごとに実行されるものとする。既定時間は、例えば10m秒に設定される。 The processing flow shown in Figure 6 is executed at preset intervals. The preset interval is set to, for example, 10 ms.
なお、上記の説明では、正側コンデンサ24aの電圧と負側コンデンサ24bの電圧とを区別せず、負極側昇降圧部26又はコンバータ部27を動作させたが、正側コンデンサ24aの電圧と負側コンデンサ24bの電圧とを区別して、負極側昇降圧部26又はコンバータ部27を動作させてもよい。例えば、正側コンデンサ24aの電圧が第2の値未満の場合には、図14及び図15に示すように、コンバータ部27を動作させて蓄電部6を放電させ、蓄電部6から正側コンデンサ24aに電荷を移動させればよい。また、例えば、負側コンデンサ24bの電圧が第2の値未満の場合には、図16及び図17に示すように、負極側昇降圧部26を動作させて蓄電部6を放電させ、蓄電部6から負側コンデンサ24bに電荷を移動させればよい。 In the above description, the negative side step-up/step-down unit 26 or the converter unit 27 is operated without distinguishing between the voltages of the positive side capacitor 24a and the negative side capacitor 24b. However, the negative side step-up/step-down unit 26 or the converter unit 27 may be operated by distinguishing between the voltages of the positive side capacitor 24a and the negative side capacitor 24b. For example, when the voltage of the positive side capacitor 24a is less than the second value, as shown in FIGS. 14 and 15, the converter unit 27 may be operated to discharge the storage unit 6 and transfer charge from the storage unit 6 to the positive side capacitor 24a. Furthermore, when the voltage of the negative side capacitor 24b is less than the second value, as shown in FIGS. 16 and 17, the negative side step-up/step-down unit 26 may be operated to discharge the storage unit 6 and transfer charge from the storage unit 6 to the negative side capacitor 24b.
以上説明したように、実施の形態2に係る無停電電源装置によれば、第3の電力変換部は、蓄電部と負側コンデンサとの間で電荷を移動させる動作を行う負極側昇降圧部を備える。負極側昇降圧部は、交流電源が異常であり、且つコンデンサ電圧検出部が検出する負側コンデンサの電圧が第1の値以上の場合、負極側昇降圧部は、負側コンデンサの電荷を蓄電部に移動させるように動作する。この動作により、コンデンサは、負荷からの回生があったときには、回生電力を受入可能な状態にすることができる。これにより、負荷の回生電力を有効に利用することができる。 As described above, in the uninterruptible power supply according to embodiment 2, the third power conversion unit includes a negative-side step-up/step-down unit that transfers charge between the storage unit and the negative-side capacitor. When the AC power supply is abnormal and the voltage of the negative-side capacitor detected by the capacitor voltage detection unit is equal to or greater than a first value, the negative-side step-up/step-down unit operates to transfer the charge of the negative-side capacitor to the storage unit. This operation enables the capacitor to be in a state where it can accept regenerated power when regenerated from the load. This allows the regenerated power of the load to be used effectively.
また、実施の形態2に係る無停電電源装置は、交流電源の正常時には第1の電力変換部としても動作し、交流電源の異常時には蓄電部から正側コンデンサに電荷を移動させる動作を行うコンバータ部を備える。このコンバータ部は、交流電源が異常であり、且つコンデンサ電圧検出部が検出する正側コンデンサの電圧が第1の値より小さい第2の値未満である場合には、蓄電部から正側コンデンサに電荷を移動させるように動作する。また、負極側昇降圧部は、交流電源が異常であり、且つコンデンサ電圧検出部が検出する負側コンデンサの電圧が第1の値より小さい第2の値未満である場合には、蓄電部から負側コンデンサに電荷を移動させるように動作する。これにより、負荷が回生運転から力行運転に変わっても、間断なく負荷への電力供給が継続できる。 The uninterruptible power supply according to embodiment 2 also includes a converter unit that operates as a first power conversion unit when the AC power supply is normal and that transfers charge from the storage unit to the positive-side capacitor when the AC power supply is abnormal. This converter unit operates to transfer charge from the storage unit to the positive-side capacitor when the AC power supply is abnormal and the voltage of the positive-side capacitor detected by the capacitor voltage detection unit is less than a second value that is smaller than the first value. Furthermore, the negative-side step-up/step-down unit operates to transfer charge from the storage unit to the negative-side capacitor when the AC power supply is abnormal and the voltage of the negative-side capacitor detected by the capacitor voltage detection unit is less than a second value that is smaller than the first value. This allows for uninterrupted power supply to the load even when the load switches from regenerative operation to power running.
また、実施の形態2に係る無停電電源装置は、負荷からの回生電力の有無を検出する回生検出部と、蓄電部の充電率を算出する充電率算出部とを更に備えた構成とすることができる。この構成の無停電電源装置において、負極側昇降圧部は、交流電源が健全であり、且つ回生検出部が回生電力を検出せず、且つ充電率が第1の閾値以上である場合、蓄電部から負側コンデンサに電荷を移動させるように動作する。蓄電部からコンデンサに電荷を移動させることで、蓄電部の充電率を下げることができる。また、蓄電部の充電率を下げることで、負荷から回生があったときに、負荷の回生電力を蓄電部に充電できるようになる。これにより、負荷の回生電力を有効に利用することができる。 The uninterruptible power supply according to embodiment 2 can also be configured to include a regeneration detection unit that detects the presence or absence of regenerative power from the load, and a charging rate calculation unit that calculates the charging rate of the power storage unit. In an uninterruptible power supply with this configuration, the negative-side step-up/step-down unit operates to transfer charge from the power storage unit to the negative-side capacitor when the AC power supply is healthy, the regeneration detection unit does not detect regenerative power, and the charging rate is equal to or greater than the first threshold. By transferring charge from the power storage unit to the capacitor, the charging rate of the power storage unit can be lowered. Furthermore, by lowering the charging rate of the power storage unit, when regeneration occurs from the load, the regenerative power of the load can be charged to the power storage unit. This allows the regenerative power of the load to be used effectively.
また、実施の形態2に係る無停電電源装置によれば、交流電源が健全であり、且つ回生検出部が回生電力を検出し、且つ充電率が100%未満である場合、負極側昇降圧部は、負側コンデンサから蓄電部に電荷を移動させ、第4の電力変換部は、正側コンデンサの電荷を負側コンデンサに移動させるように動作する。これにより、負荷からの回生電力を受け入れる際の電力容量を大きくすることができる。 Furthermore, with the uninterruptible power supply according to embodiment 2, when the AC power supply is healthy, the regeneration detection unit detects regenerative power, and the charge rate is less than 100%, the negative-side step-up/step-down unit transfers charge from the negative-side capacitor to the power storage unit, and the fourth power conversion unit operates to transfer charge from the positive-side capacitor to the negative-side capacitor. This allows for a larger power capacity when accepting regenerative power from the load.
最後に、上述した充放電制御部7d及び制御回路35の機能を実現するためのハードウェア構成について、図22及び図23を参照して説明する。図22は、実施の形態1における充放電制御部7d及び実施の形態2における制御回路35の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図23は、実施の形態1における充放電制御部7d及び実施の形態2における制御回路35の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。 Finally, the hardware configuration for realizing the functions of the charge/discharge control unit 7d and control circuit 35 described above will be described with reference to Figures 22 and 23. Figure 22 is a block diagram showing an example of a hardware configuration for realizing the functions of the charge/discharge control unit 7d in embodiment 1 and the control circuit 35 in embodiment 2. Figure 23 is a block diagram showing another example of a hardware configuration for realizing the functions of the charge/discharge control unit 7d in embodiment 1 and the control circuit 35 in embodiment 2.
実施の形態1における充放電制御部7d及び実施の形態2における制御回路35の機能の一部又は全部を実現する場合には、図22に示すように、演算を行うプロセッサ300、プロセッサ300によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ302、及び信号の入出力を行うインタフェース304を含む構成とすることができる。 To realize some or all of the functions of the charge/discharge control unit 7d in embodiment 1 and the control circuit 35 in embodiment 2, the configuration can include a processor 300 that performs calculations, a memory 302 that stores programs read by the processor 300, and an interface 304 that inputs and outputs signals, as shown in FIG. 22.
プロセッサ300は、演算手段の一例である。プロセッサ300は、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、CPU(Central Processing Unit)、又はDSP(Digital Signal Processor)と称される演算手段であってもよい。また、メモリ302には、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(登録商標)(Electrically EPROM)といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disc)を例示することができる。 Processor 300 is an example of a computing means. Processor 300 may be a computing means known as a microprocessor, microcomputer, CPU (Central Processing Unit), or DSP (Digital Signal Processor). Examples of memory 302 include non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), and EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM), as well as magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, minidisks, and DVDs (Digital Versatile Discs).
メモリ302には、実施の形態1における充放電制御部7d及び実施の形態2における制御回路35の機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ300は、インタフェース304を介して必要な情報を授受し、メモリ302に格納されたプログラムをプロセッサ300が実行し、メモリ302に格納されたテーブルをプロセッサ300が参照することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ300による演算結果は、メモリ302に記憶することができる。 Memory 302 stores programs that execute the functions of charge/discharge control unit 7d in embodiment 1 and control circuit 35 in embodiment 2. Processor 300 exchanges necessary information via interface 304, executes the programs stored in memory 302, and references tables stored in memory 302, thereby performing the above-mentioned processing. The results of calculations performed by processor 300 can be stored in memory 302.
また、実施の形態1における充放電制御部7d及び実施の形態2における制御回路35の機能の一部を実現する場合には、図23に示す処理回路303を用いることもできる。処理回路303は、単一回路、複合回路、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。処理回路303に入力する情報、及び処理回路303から出力する情報は、インタフェース304を介して入手することができる。 Furthermore, when implementing part of the functions of the charge/discharge control unit 7d in embodiment 1 and the control circuit 35 in embodiment 2, the processing circuit 303 shown in FIG. 23 can be used. The processing circuit 303 may be a single circuit, a composite circuit, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination of these. Information input to and output from the processing circuit 303 can be obtained via the interface 304.
なお、充放電制御部7d及び制御回路35における一部の処理を処理回路303で実施し、処理回路303で実施しない処理をプロセッサ300及びメモリ302で実施してもよい。 In addition, some of the processing in the charge/discharge control unit 7d and control circuit 35 may be performed by the processing circuit 303, and other processing not performed by the processing circuit 303 may be performed by the processor 300 and memory 302.
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the above embodiments are merely examples, and may be combined with other known technologies. Parts of the configuration may also be omitted or modified without departing from the spirit of the invention.
1 交流電源、2 第1の電力変換部、2a ブリッジ整流回路、2b 昇圧回路、3,28,33 コンデンサ、4 負荷、5 第2の電力変換部、5a,5b,5c,5d,7b,7c 自己消弧型半導体スイッチング素子、5e フィルタ回路、5f 単相フルブリッジインバータ、6 蓄電部、7 第3の電力変換部、7a,29,32 リアクトル、7d 充放電制御部、7e 電圧センサ、8,34 コンデンサ電圧検出部、9 設定部、10 出力電圧検出部、11 電流検出部、12 回生検出部、21 第1の逆流防止用ダイオード、22 第2の逆流防止用ダイオード、24 インバータ部、24a 正側コンデンサ、24b 負側コンデンサ、24c インバータ部第1の半導体スイッチ、24d,24f インバータ部ダイオード、24e インバータ部第2の半導体スイッチ、25 バランス部、25a バランス部第1の半導体スイッチ、25b バランス部第1のダイオード、25c バランス部第2の半導体スイッチ、25d バランス部第2のダイオード、25e バランス部リアクトル、26 負極側昇降圧部、26a 負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ、26b 負極側昇降圧部第1のダイオード、26c 負極側昇降圧部リアクトル、26d 負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ、26e 負極側昇降圧部第2のダイオード、27 コンバータ部、27a ダイオードブリッジ、27a1,27a2,27a3,27a4 ダイオード、27b コンバータ部半導体スイッチ、30 交流電源/バッテリ切替スイッチ、31 バッテリ運転用スイッチ、35 制御回路、41 共通線、42 正極側電圧線、43 負極側電圧線、44 接続点、45 出力線、100,101 無停電電源装置、300 プロセッサ、302 メモリ、303 処理回路、304 インタフェース、a,b,c 接点。 1 AC power supply, 2 First power conversion unit, 2a Bridge rectifier circuit, 2b Boost circuit, 3, 28, 33 Capacitor, 4 Load, 5 Second power conversion unit, 5a, 5b, 5c, 5d, 7b, 7c Self-extinguishing semiconductor switching element, 5e Filter circuit, 5f Single-phase full-bridge inverter, 6 Power storage unit, 7 Third power conversion unit, 7a, 29, 32 Reactor, 7d Charge/discharge control unit, 7e Voltage sensor, 8, 34 Capacitor voltage detection unit, 9 Setting unit, 10 Output voltage detection unit, 11 Current detection unit, 12 Regeneration detection unit, 21 First reverse current prevention diode, 22 Second reverse current prevention diode, 24 Inverter unit, 24a Positive side capacitor, 24b Negative side capacitor, 24c Inverter unit first semiconductor switch, 24d, 24f Inverter unit diode, 24e Inverter section second semiconductor switch, 25 balancing section, 25a balancing section first semiconductor switch, 25b balancing section first diode, 25c balancing section second semiconductor switch, 25d balancing section second diode, 25e balancing section reactor, 26 negative side step-up/step-down section, 26a negative side step-up/step-down section first semiconductor switch, 26b negative side step-up/step-down section first diode, 26c negative side step-up/step-down section reactor, 26d negative side step-up/step-down section second semiconductor switch, 26e negative side step-up/step-down section second diode, 27 converter section, 27a diode bridge, 27a1, 27a2, 27a3, 27a4 diode, 27b converter section semiconductor switch, 30 AC power supply/battery selector switch, 31 battery operation switch, 35 control circuit, 41 common line, 42 Positive voltage wire, 43 negative voltage wire, 44 connection point, 45 output wire, 100, 101 uninterruptible power supply, 300 processor, 302 memory, 303 processing circuit, 304 interface, a, b, c contacts.
Claims (8)
交流電源の電力を直流電力に変換する第1の電力変換部と、
前記直流電力により充電されるコンデンサと、
前記コンデンサの直流出力を交流電力に変換して負荷に出力する第2の電力変換部と、
前記交流電源の健全時には、前記コンデンサから前記蓄電部に電荷を移動させ、前記交流電源の異常時には、前記蓄電部から前記コンデンサに電荷を移動させる第3の電力変換部と、
前記コンデンサの電圧であるコンデンサ電圧を検出する電圧検出部と、
前記負荷からの回生電力の有無を検出する回生検出部と、
を備え、
前記蓄電部が満充電の状態であるときの充電率を100%とするとき、
前記第3の電力変換部は、前記交流電源が健全であり、且つ前記回生検出部が前記回生電力を検出しないときに、前記蓄電部の充電率を100%よりも小さな値の第1の閾値と、前記第1の閾値よりも小さな値の第2の閾値との間に維持するように前記蓄電部の充放電を制御する充放電制御部を備えた
ことを特徴とする無停電電源装置。 An uninterruptible power supply device including a power storage unit,
a first power conversion unit that converts power from an AC power supply into DC power;
a capacitor charged by the DC power;
a second power conversion unit that converts a DC output of the capacitor into AC power and outputs the AC power to a load;
a third power conversion unit that transfers charge from the capacitor to the power storage unit when the AC power supply is normal, and transfers charge from the power storage unit to the capacitor when the AC power supply is abnormal;
a voltage detection unit that detects a capacitor voltage, which is a voltage of the capacitor;
a regeneration detection unit that detects whether or not regenerative power is present from the load;
Equipped with
When the charge rate of the power storage unit is fully charged, it is 100%,
The third power conversion unit includes a charge/discharge control unit that controls charging/discharging of the power storage unit so as to maintain a charging rate of the power storage unit between a first threshold value that is smaller than 100% and a second threshold value that is smaller than the first threshold value when the AC power supply is healthy and the regeneration detection unit does not detect the regenerative power.
An uninterruptible power supply.
ことを特徴とする請求項1に記載の無停電電源装置。2. The uninterruptible power supply according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の無停電電源装置。2. The uninterruptible power supply according to claim 1.
ことを特徴とする請求項3に記載の無停電電源装置。 4. The uninterruptible power supply device according to claim 3, wherein the third power conversion unit transfers charge from the storage unit to the capacitor when the capacitor voltage detected by the voltage detection unit becomes less than a second value that is smaller than the first value during an abnormality in the AC power supply.
前記正側コンデンサと前記負側コンデンサとの間で電荷を移動させる第4の電力変換部を備えた
ことを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の無停電電源装置。 The capacitor comprises a positive-side capacitor and a negative-side capacitor,
5. The uninterruptible power supply according to claim 1, further comprising a fourth power conversion unit that transfers electric charges between the positive-side capacitor and the negative-side capacitor.
前記蓄電部と前記負側コンデンサとの間で電荷を移動させる動作を行う負極側昇降圧部を備えると共に、
前記交流電源の正常時には前記第1の電力変換部としても動作し、前記交流電源の異常時には前記蓄電部から前記正側コンデンサに電荷を移動させる動作を行うコンバータ部を備えた
ことを特徴とする請求項5に記載の無停電電源装置。 The third power conversion unit
a negative-side step-up/step-down unit that moves charges between the power storage unit and the negative-side capacitor;
6. The uninterruptible power supply according to claim 5, further comprising a converter unit that also operates as the first power conversion unit when the AC power supply is normal, and that operates to transfer charge from the power storage unit to the positive-side capacitor when the AC power supply is abnormal.
ことを特徴とする請求項6に記載の無停電電源装置。 7. The uninterruptible power supply according to claim 6, wherein when the AC power supply is abnormal and the voltage of the negative-side capacitor detected by the voltage detection unit is equal to or higher than a first value, the negative-side voltage step-up/step-down unit transfers the charge of the negative-side capacitor to the storage unit.
前記交流電源が異常であり、且つ前記電圧検出部が検出する前記負側コンデンサの電圧が前記第1の値より小さい第2の値未満である場合、前記負極側昇降圧部は、前記蓄電部から前記負側コンデンサに電荷を移動させる
ことを特徴とする請求項7に記載の無停電電源装置。 When the AC power supply is abnormal and the voltage of the positive-side capacitor detected by the voltage detection unit is less than a second value that is smaller than the first value, the converter unit transfers charge from the power storage unit to the positive-side capacitor,
8. The uninterruptible power supply according to claim 7, wherein when the AC power supply is abnormal and the voltage of the negative side capacitor detected by the voltage detection unit is less than a second value that is smaller than the first value, the negative side voltage step-up/step-down unit transfers charge from the storage unit to the negative side capacitor.
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