電力変換装置
【課題】インバータの入力側の直流中間電圧の変動を抑制し蓄電手段への蓄電と直流中間電圧の制御とを効率よく行なう。
【解決手段】非停電時には、蓄電池８の実蓄電電圧ＢＡＴと蓄電電圧指令値Ｓbatとの偏差である蓄電電圧偏差ΔＢＡＴと、直流中間回路３の実直流中間電圧ＤＣと制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcとの偏差である直流中間電圧偏差ΔＤＣとを演算し、これらの偏差を偏差信号δＶとしこの偏差信号δＶに基づき昇降圧チョッパ７に対する昇降圧制御信号を生成し、実蓄電電圧ＢＡＴと実直流中間電圧ＤＣとのうちそれぞれの目標値に対する不足分が大きい方を優先して昇圧動作又は降圧動作を行なわせる。その際、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回るときには蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを零相当の上限値Ｈｂに制限し、直流中間電圧の制御を優先して行なう。
【解決手段】非停電時には、蓄電池８の実蓄電電圧ＢＡＴと蓄電電圧指令値Ｓbatとの偏差である蓄電電圧偏差ΔＢＡＴと、直流中間回路３の実直流中間電圧ＤＣと制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcとの偏差である直流中間電圧偏差ΔＤＣとを演算し、これらの偏差を偏差信号δＶとしこの偏差信号δＶに基づき昇降圧チョッパ７に対する昇降圧制御信号を生成し、実蓄電電圧ＢＡＴと実直流中間電圧ＤＣとのうちそれぞれの目標値に対する不足分が大きい方を優先して昇圧動作又は降圧動作を行なわせる。その際、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回るときには蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを零相当の上限値Ｈｂに制限し、直流中間電圧の制御を優先して行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流入力を整流して得た直流電力を蓄電手段に充電すると共に、整流して得た直流電力又は蓄電手段の蓄電エネルギを利用して負荷に電力供給を行なう電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電にて負荷に電力供給を行なう無停電電源装置として、例えば、図３に示すような無停電電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図３において、１は交流電源、２はこの交流電源１からの交流電力を直流電力に変換する整流器、３は整流器２の直流出力に接続された直流中間回路、４は直流中間回路３の電圧を平滑するための直流コンデンサ、５は直流中間回路３からの直流電力を交流電力に変換するインバータ、６は負荷である。
【０００３】
７は、直流中間回路３から蓄電池８への充電及び蓄電池８から直流中間回路３への放電を行なう昇降圧チョッパを示す。
この昇降圧チョッパ７は、直列に接続されたＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等で構成される第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂと、第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂのそれぞれに逆並列に接続されたフリーホイールダイオード７ｃ及び７ｄと、第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂの接続点に一端が接続されたチョッパリアクトル７ｅと、チョッパリアクトル７ｅの他端及び第２のトランジスタ７ｂのエミッタ側との間に、第２のトランジスタ７ｂと並列に接続される平滑コンデンサ７ｆ及び前記蓄電池８とを備えている。
【０００４】
そして、直列に接続された第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂの両端が、直流コンデンサ４とインバータ５との間にこれらと並列に接続されている。
また、９は、昇降圧チョッパ７を降圧チョッパ動作させて蓄電池８を充電させると共に、昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパ動作させて蓄電池８を直流電源として直流中間回路３に直流電力を供給するチョッパ制御回路を示す。
【０００５】
このチョッパ制御回路９は、第１トランジスタ７ａを駆動する第１ゲート駆動回路（ＧＤＵ）９ａ、第２トランジスタ７ｂを駆動する第２ゲート駆動回路（ＧＤＵ）９ｂ、第１ゲート駆動回路９ａ及び第２ゲート駆動回路９ｂへゲートパルスを出力するパルス発生回路９ｃを備えている。第１ゲート駆動回路９ａ及び第２ゲート駆動回路９ｂは、パルス発生回路９ｃからのゲートパルスに応じて第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂにゲート駆動信号を供給し、ゲートパルスに応じて第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂをオン・オフ動作させる。
【０００６】
また、１０は交流電源１からの入力電圧を検出する電圧センサ、１１は電圧センサ１０の検出結果に基づき、交流電源１が停電状態にあることを検出する停電検出器、１２は直流中間回路３の直流電圧を検出する電圧センサ、１３は蓄電池８の蓄電電圧を検出する電圧センサである。これら停電検出器１１、電圧センサ１２及び１３の検出結果は、パルス発生回路９ｃに入力される。そして、パルス発生回路９ｃは、これら検出結果に基づいて第１ゲート駆動回路９ａ及び第２ゲート駆動回路９ｂへのゲートパルスを生成する。
【０００７】
このような構成において、通常、整流器２は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して直流中間回路３に出力する。インバータ５は直流中間回路３からの直流電力を所定の交流電力に変換し、変換した交流電力を負荷６に供給する。
このとき、交流電源１からの入力電圧を検出する電圧センサ１０の検出結果に基づいて交流電源１の停電を検出する停電検出器１１において停電が検出されておらず、且つ、電圧センサ１２で検出される直流中間回路３の直流中間電圧が直流中間電圧指令値よりも高いときには、パルス発生回路９ｃは、第１トランジスタ７ａがオン・オフ動作を繰り返すように第１ゲート駆動回路９ａへゲートパルスを出力する。
【０００８】
すなわち、パルス発生回路９ｃが、第１ゲート駆動回路９ａを動作させ、第１ゲート駆動回路９ａからのゲート駆動信号により第１トランジスタ７ａをオンさせると、直流中間回路３、第１トランジスタ７ａ、チョッパリアクトル７ｅ、蓄電池８、直流中間回路３の経路により蓄電池８へ充電電流が流れる。次いで、第１トランジスタ７ａをオフさせると、チョッパリアクトル７ｅに流れていた電流は、チョッパリアクトル７ｅ、蓄電池８、第２フリーホイールダイオード７ｄ、チョッパリアクトル７ｅの経路で還流し、直流中間回路３を直流電源とした、第１トランジスタ７ａ、チョッパリアクトル７ｅ、第２フリーホイールダイオード７ｄにより構成される周知の降圧チョッパとし動作し、蓄電池８を充電する。
【０００９】
さらに、例えば負荷６の消費電力と蓄電池８への蓄電電力との和が制限したい交流電源１からの供給電力のしきい値を超えた状態であって、電圧センサ１２で検出される直流中間回路３の直流中間電圧が直流中間電圧指令値よりも低いときには、パルス発生回路９ｃでは、まず、蓄電池８への充電を停止するように第１ゲート駆動回路９ａへのゲートパルスを出力する。蓄電池８への充電を停止してもなお偏差がある場合、つまり蓄電池８への充電を停止すると、直流中間回路３の電圧は上昇するが、負荷６の消費電力が大きいためにそれでもなお直流中間電圧が直流中間電圧指令値よりも低い場合には、第２トランジスタ７ｂがオン・オフ動作を繰り返すように第２ゲート駆動回路９ｂへゲートパルスを出力して、後述の昇圧チョッパ動作を行なわせ、直流中間電圧が直流中間電圧指令値となるように動作する。これによって、交流電源１からの供給電力を、所望の入力電力に制限している。
【００１０】
他方、交流電源１が停電した場合は、停電検出器１１がパルス発生回路９ｃへ信号を出力し、これを受けてパルス発生回路９ｃは、第２トランジスタ７ｂがオン・オフ動作を繰り返すように第２ゲート駆動回路９ｂへゲートパルスを出力し、昇圧チョッパ動作を行なわせる。これによって、負荷６へ無停電で交流電力を供給する。
ここで、パルス発生回路９ｃが、第２ゲート駆動回路９ｂを動作させ、第２ゲート駆動回路９ｂからのゲート駆動信号により、第２トランジスタ７ｂをオンさせると、蓄電池８を直流電源にして、蓄電池８、チョッパリアクトル７ｅ、第２トランジスタ７ｂ、蓄電池８の経路で電流が増加しつつ流れる。
【００１１】
次いで、第２トランジスタ７ｂをオフにすると、チョッパリアクトル７ｅ、第１フリーホイールダイオード７ｃ、直流中間回路３、インバータ５の経路で電流が流れ、蓄電池８を直流電源とした、第２トランジスタ７ｂ、チョッパリアクトル７ｅ、第１フリーホイールダイオード７ｃにより構成される周知の昇圧チョッパとして動作し、直流中間回路３へ直流電力を供給する。
【００１２】
つまり、パルス発生回路９ｃは、図４に示すように、蓄電池８の蓄電電圧指令値と電圧センサ１３で検出される蓄電池８の実蓄電電圧との偏差が零となるようにＰＩ制御処理を行なうＰＩ調節器１４と、直流中間回路３の直流中間電圧指令値と電圧センサ１２で検出される直流中間回路３の実直流中間電圧との偏差が零となるようにＰＩ制御処理を行なうＰＩ調節器１５と、を備えており、昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパとして動作させる場合と、降圧チョッパとして動作させる場合とで、蓄電電圧偏差に基づき調整を行なうＰＩ調節器１４と直流中間電圧偏差に基づき調整を行なうＰＩ調節器１５とを切り替えて制御を行なうようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−１８６６８９号公報（第３頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記従来の無停電電源装置においては、停電検出器１１が停電を検出しておらず、且つ、電圧センサ１２で検出される直流中間回路３の直流中間電圧が直流中間電圧指令値よりも低いときには、パルス発生回路９ｃでは、まず、蓄電池８への充電を停止し、それでもなお直流中間電圧が直流中間電圧指令値よりも低い場合には、昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパ動作させることにより、直流中間電圧の回復を図っている。つまり、蓄電池８への充電を停止した時点から、蓄電池８の放電を開始するまでの間に、直流中間電圧が回復したかどうかを判定するための待機時間を設けている。
【００１５】
このため、交流電源１に停電が生じた結果、直流中間電圧が直流中間電圧指令値よりも低下した場合には、速やかな直流中間電圧の回復が望まれるにも関わらず、実際に蓄電池８の放電が開始されるまでに時間がかかり、蓄電池８からの電力供給が遅くなるため、その結果、直流中間電圧の低下が進むことになる。蓄電池８からの電力供給が開始されるまでの間の直流中間電圧の低下を抑制するためには、その低下分に相当する容量の直流コンデンサを設置する必要があり、直流中間電圧の低下分が大きいときほど、直流コンデンサの容量を大きくする必要があり、これはすなわちコストの増加や、装置全体の体積増加にもつながる。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであって、交流電源に異常が発生した場合など、直流中間電圧を変動させる事象が発生した場合であっても直流中間電圧の低下を抑制することの可能な電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電力変換装置は、交流電源入力を直流電力に変換する整流器と、前記直流電力を交流電力に変換して負荷供給用の交流電力を生成しこの負荷供給用の交流電力を負荷に供給するインバータと、前記直流電力を蓄電する蓄電手段と、前記整流器と前記インバータとの間に接続され、入力される制御信号に応じて昇圧又は降圧動作を行い、前記整流器と前記インバータとの間の直流中間電圧を降圧して前記蓄電手段への充電を行なうと共に前記蓄電手段の蓄電エネルギを利用して前記直流中間電圧を昇圧する昇降圧回路と、を備えた電力変換装置であって、前記直流中間電圧を検出する直流中間電圧検出手段と、前記蓄電手段の蓄電電圧を検出する蓄電電圧検出手段と、前記直流中間電圧の目標値と前記直流中間電圧検出手段で検出される実直流中間電圧との偏差を演算する直流中間電圧偏差演算手段と、前記蓄電手段の蓄電電圧の目標値と前記蓄電電圧検出手段で検出される実蓄電電圧との偏差を演算する蓄電電圧偏差演算手段と、前記直流中間電圧偏差演算手段で演算される直流中間電圧偏差と前記蓄電電圧偏差演算手段で演算される蓄電電圧偏差とからこれらの偏差を演算し、この偏差が零となるように前記制御信号を生成する昇降圧制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項２に係る電力変換装置は、前記昇降圧制御手段は、前記交流電源入力が予め設定したしきい値以上であり且つ前記実直流中間電圧が予め設定した制限開始電圧より小さいときに、前記蓄電電圧偏差演算手段で演算された蓄電電圧偏差の最大値を制限する第１の制限手段を備えることを特徴としている。
また、請求項３に係る電力変換装置は、前記昇降圧制御手段は、前記整流器への入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記交流電源入力が予め設定したしきい値以上であり且つ前記入力電流検出手段で検出される実入力電流が予め設定した制限開始電流以上であるときに、前記蓄電電圧偏差演算手段で演算された蓄電電圧偏差の最大値を制限する第２の制限手段を備えることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項４に係る電力変換装置は、前記インバータは、前記交流電源入力が予め設定したしきい値より小さいときには前記蓄電手段の蓄電エネルギを利用して前記負荷供給用の交流電力を生成するようになっている電力変換装置であって、前記交流電源入力が前記しきい値以上であるときには、前記整流器において前記直流電力に変換するときの直流電圧変換目標値から予め設定した規定値を減算した値を、前記直流中間電圧の目標値とし、前記交流電源入力が前記しきい値よりも小さいときには、前記直流電圧変換目標値を前記直流中間電圧の目標値とすることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項５に係る電力変換装置は、前記昇降圧制御手段は、前記直流中間電圧偏差と前記蓄電電圧偏差との偏差に対して比例−積分制御処理を行なって前記制御信号を生成することを特徴としている。
さらに、請求項６に係る電力変換装置は、前記交流電源入力のしきい値は、前記交流電源に停電が生じたとみなすことの可能な値に設定されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る電力変換装置は、整流器とインバータとの間の電圧である直流中間電圧の目標値と実直流中間電圧との偏差と、蓄電手段の蓄電電圧の目標値と実蓄電電圧との偏差とからこれらの偏差を演算し、これらの偏差が零となるように制御信号を生成する。そして、この制御信号に応じて直流中間電圧がその目標値と一致するように、又は蓄電電圧がその目標値と一致するように、昇降圧回路を動作させるようにしたから、直流中間電圧と蓄電電圧とのうち、それぞれの目標値に対する不足分がより大きい方を優先して目標値に一致させるように昇降圧回路を動作させることができ、蓄電電圧に対する制御と直流中間電圧に対する制御との切り替えを的確に行うことができる。
【００２１】
また、請求項２に係る電力変換装置によれば、交流電源入力がそのしきい値以上であり且つ実直流中間電圧が予め設定した制限開始電圧よりも小さいときには、蓄電電圧偏差演算手段で演算された蓄電電圧偏差の最大値を制限するようにしたため、例えば、制限開始電圧として、正常状態において直流中間電圧がとり得る値よりも小さく且つ交流電源入力がそのしきい値を下回るときの直流中間電圧のとり得る値よりも大きな値に設定することにより、交流電源入力がそのしきい値を下回る以前の、直流中間電圧が通常とり得る値を下回った時点で蓄電電圧偏差の最大値を制限することになり、この時点で蓄電電圧の制御よりも、直流中間電圧を目標値に一致させる制御が行なわれやすくなる。
【００２２】
このため、交流電源入力がしきい値を下回ると、この交流電源入力が低下することに起因して直流中間電圧が低下する可能性があるが、交流電源入力がしきい値を下回る可能性があるとみなすことの可能な時点で、蓄電電圧の制御よりも直流中間電圧の制御を優先して行い直流中間電圧が目標値に一致させるための制御を開始するため、実際に交流電源入力がしきい値を下回った時点で、この交流電源入力の低下に伴って生じる直流中間電圧の低下を抑制することができる。
【００２３】
また、請求項３に係る電力変換装置によれば、交流電源入力が前記しきい値以上であり且つ整流器に入力される入力電流が予め設定した制限開始電流以上であるときには、蓄電電圧偏差の最大値を制限するようにしたため、例えば前記交流入力電力が前記しきい値を下回る可能性があるとみなすことの可能な前記入力電流相当の値を制限開始電流として設定することにより、交流電源入力がそのしきい値を下回る以前の、しきい値を下回る可能性があると予測される時点で蓄電電圧偏差の最大値を制限するため、この時点で蓄電電圧の制御よりも、直流中間電圧を目標値に一致させる制御が行なわれやすくなる。
【００２４】
このため、交流電源入力がしきい値を下回ると交流電源入力が低下することに起因して直流中間電圧が低下する可能性があるが、交流電源入力がしきい値を下回る可能性があるとみなすことの可能な時点で、蓄電電圧の制御よりも直流中間電圧の制御を優先し、直流中間電圧を目標値に一致させる制御を開始するため、実際に交流電源入力がしきい値を下回った時点における直流中間電圧の低下を抑制することができる。
【００２５】
また、請求項４に係る電力変換装置によれば、交流電源入力がしきい値以上であるときには、整流器において直流電力に変換するときの直流電圧変換目標値から予め設定した規定値を減算した値を直流中間電圧の目標値としたため、例えば規定値として通常状態で直流中間電圧がとり得る変動分の最大値相当を設定することにより、通常生じ得る直流中間電圧の変動分相当だけ低い値となるように直流中間電圧が制御される。このため、直流中間電圧が通常とり得る直流中間電圧の変動分を超えて変動するときにのみこの変動を抑制するように動作させることができる。
【００２６】
また、交流電源入力がしきい値よりも小さいときには、整流器において直流電力に変換するときの直流電圧変換目標値を直流中間電圧の目標値とするため、交流電源側から充分な電力供給が行なわれないときには、直流中間電圧がその目標値と一致するように制御を行ない、直流中間電圧を前以って真の目標値である直流中間電圧の目標値相当まで高めておくことによって、直流中間電圧を充分に上昇させることができない状態となり直流中間電圧が低下する状態となったときに、直流中間電圧が目標値を下回るタイミングを遅らせることができ、その分、負荷への電力供給を継続することができる。
【００２７】
また、請求項５に係る電力変換装置は、前記直流中間電圧偏差と前記蓄電電圧偏差との偏差に対して比例−積分制御処理を行なって前記制御信号を生成するため、直流中間電圧の制御と蓄電電圧の制御とを両立させることの可能な制御信号を容易に生成することができる。
特に、請求項６に係る電力変換装置は、交流電源入力のしきい値として、交流電源に停電が生じたとみなすことの可能な値を設定したため、交流電源に停電が生じたことにより交流電源入力が低下した場合の、蓄電電圧に対する制御と直流中間電圧に対する制御との切り替えを的確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用した第１の実施の形態におけるパルス発生回路の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した第２の実施の形態におけるパルス発生回路の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明を適用した無停電電源装置の一例を示すブロック図である。
【図４】従来のパルス発生回路の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
まず、第１の実施の形態を説明する。
ここでは、本発明を無停電電源装置に適用した場合について説明する。この無停電電源装置の基本的な構成は、図３に示す従来の無停電電源装置と同一であって、図３に示す無停電電源装置において、パルス発生回路９ｃの構成が異なっている。
【００３０】
図１は、本発明を適用したパルス発生回路９ｃの構成を示すブロック図である。
このパルス発生回路９ｃには、図３で説明したように、交流電源１が停電状態にあることを検出する停電検出器１１の検出結果、電圧センサ１２で検出した直流中間回路３の実直流中間電圧ＤＣ、電圧センサ１３で検出した蓄電池８の実蓄電電圧ＢＡＴが入力される。
【００３１】
図１において、２１は、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを演算する演算器、２２は、演算器２１で演算された蓄電電圧偏差ΔＢＡＴの最大値を制限する上限リミッタ、２３は、上限リミッタ２２での制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′から後述の直流中間電圧偏差ΔＤＣ又は制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′を減算し、偏差信号δＶを出力する演算器、２４は、演算器２３で演算した偏差信号δＶをＰＩ（比例−積分）制御処理し、昇降圧制御信号を生成するＰＩ調節器、２５は、ＰＩ調節器２４で生成した昇降圧制御信号に基づいて公知の手順でＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ信号生成部、２６は、ＰＷＭ信号生成部２５で生成されたＰＷＭ制御信号と、このＰＷＭ制御信号を反転回路２７で反転したＰＷＭ反転制御信号と、をもとに、第１ゲート駆動回路９ａ及び第２ゲート駆動回路９ｂへのゲートパルスを生成するデッドタイム生成部である。
【００３２】
また、３１は、モード判定部、３２は、モード判定部３１での判定結果に応じて、上限リミッタ２２の上限値を選択する上限値選択部、３３は、停電検出器１１で交流電源１が停電状態にあることが検出されたとき、上限リミッタ２２の上限値を零に設定する停電時上限値選択部である。
さらに、４１は、停電検出器１１の検出結果に応じてＤＣ偏差を選択するＤＣ偏差選択部、４２は、直流中間電圧指令値Ｓdcに基づき制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを演算する演算器、４３は、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcから実直流中間電圧ＤＣを減算して直流中間電圧偏差ΔＤＣを演算する演算器、４４は、停電検出器１１での検出結果に応じて、直流中間電圧偏差ΔＤＣの出力先を切り替える切り替え部、４５は、直流中間電圧偏差ΔＤＣの最小値を制限する下限リミッタである。
【００３３】
演算器２１は、蓄電池８の蓄電電圧の目標値として予め設定された蓄電電圧指令値Ｓbatから電圧センサ１３で検出した実蓄電電圧ＢＡＴを減算し、これを蓄電電圧偏差ΔＢＡＴとして出力する。前記実蓄電電圧ＢＡＴは、蓄電電圧指令値Ｓbat以下の値をとるため、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは零以上の正値となる。
上限リミッタ２２は、演算器２１から入力される蓄電電圧偏差ΔＢＡＴの最大値を、上限値選択部３２で選択された上限値Ｈａ又はＨｂ、或いは、停電時上限値選択部３３で設定された上限値零に制限する。
【００３４】
モード判定部３１には、電圧センサ１２からの実直流中間電圧ＤＣと、整流器２において交流電力を直流電力に変換する際の直流電圧の目標値、すなわち直流中間回路３の直流中間電圧の目標値である直流中間電圧指令値Ｓdcと、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcと、が入力される。この制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcは、直流中間電圧指令値ＳdcからＤＣ偏差を減算した値である。
【００３５】
そして、モード判定部３１は、実直流中間電圧ＤＣが、直流中間電圧指令値Ｓdc以上であるときには、上限値選択部３２において上限値Ｈａを選択する選択信号を出力する。また実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも小さいときには、上限値選択部３２において上限値Ｈｂを選択する選択信号を出力する。つまり、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc以上であり且つ直流中間電圧指令値Ｓdcよりも小さいときには、上限値が変化しないようにすることでヒステリシスを設けており、これによって不要に上限値が変化することを防止している。
【００３６】
上限値選択部３２は、モード判定部３１からの選択信号に応じて上限値ＨａとＨｂとのうちの何れかを選択し、これを上限リミッタ２２の上限値として設定する。前記上限値Ｈａは、上限値Ｈｂよりも大きな値であって、交流電源１が非停電状態であるときに蓄電池８を充電する場合に、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２で制限されない値に設定され、例えば蓄電池８の充電電圧定格値相当に設定される。また、上限値Ｈｂは、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴに対する制御をどの程度行なうかを決定する値であって零以上の値に設定され、この値が小さいときほど、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴに対する制御の割合が小さくなる。上限値Ｈｂは、例えば零に設定される。
【００３７】
停電時上限値選択部３３は、停電検出器１１で交流電源１が停電状態にあることが検出されたときには、上限リミッタ２２の上限値として零を選択し、停電検出器１１で交流電源１が非停電状態にあることが検出されたときには、上限リミッタ２２の上限値として、上限値選択部３２で設定された上限値Ｈａ又はＨｂを選択する。
ＤＣ偏差選択部４１は、停電検出器１１で交流電源１が停電状態にあることが検出されるときにはＤＣ偏差として零を選択し、非停電状態にあることが検出されるときには、ＤＣ偏差として予め設定した規定値εdcを選択する。この規定値εdcは、正の固定値であって、例えば、交流電源１が非停電状態であり且つ整流器２が正常に動作している状態で、負荷６の負荷量の急変により生じ得る直流中間電圧の低下量の最大値と同等程度に設定される。
【００３８】
演算器４２は、直流中間電圧指令値ＳdcからＤＣ偏差選択部４１で選択されたＤＣ偏差を減算しこれを制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcとして演算器４２に出力する。
演算器４３は、演算器４２で演算された制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcから電圧センサ１２で検出された実直流中間電圧ＤＣを減算しこれを直流中間電圧偏差ΔＤＣとして、切り替え部４４に出力する。
【００３９】
切り替え部４４は、停電検出器１１の検出結果に応じて動作し、停電検出器１１で交流電源１が非停電状態にあることが検出されるときには直流中間電圧偏差ΔＤＣを下限リミッタ４５に出力する。停電検出器１１で交流電源１が停電状態にあることが検出されるときには直流中間電圧偏差ΔＤＣを演算器２３に出力する。
下限リミッタ４５は、切り替え部４４から入力される直流中間電圧偏差ΔＤＣの最小値を、零に制限する。そして、この下限リミッタ４５で制限された制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は、演算器２３に減算入力される。
【００４０】
ＰＩ調節器２４は、演算器２３から入力される偏差信号δＶに対し、偏差信号δＶが零となるように、公知のＰＩ（比例−積分）制御処理を実行し、偏差信号δＶが正値であればδＶ相当の蓄電池８への充電を行なう昇降圧制御信号を生成し、偏差信号δＶが負値であれば蓄電池８からδＶ相当の放電を行なう昇降圧制御信号を生成し、これをＰＷＭ信号生成部２５に出力する。
ＰＷＭ信号生成部２５はＰＩ調節器２４からの昇降圧制御信号に基づいて公知の手順でＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号を直接、デッドタイム生成部２６に出力すると共に、ＰＷＭ信号を反転回路２７に出力する。
【００４１】
デッドタイム生成部２６は、ＰＷＭ信号生成部２５からのＰＷＭ信号及び反転回路２７からのＰＷＭ反転信号、さらに、演算器２３からの偏差信号δＶを入力し、ＰＷＭ信号を第１ゲート駆動回路９ａにより駆動される第１トランジスタ７ａ用のＰＷＭ信号、ＰＷＭ反転信号を第２ゲート駆動回路９ｂにより駆動される第２トランジスタ７ｂ用のＰＷＭ信号とし、第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂの短絡を防ぐために、両トランジスタ７ａ、７ｂを共にオフとするデッドタイムを有する第１トランジスタ用ＰＷＭ信号及び第２トランジスタ用ＰＷＭ信号を生成する。
【００４２】
そして、演算器２３からの偏差信号δＶが正値であるときには第１トランジスタ用ＰＷＭ信号を第１ゲート駆動回路９ａに出力して、昇降圧チョッパ７を降圧動作させる。このとき、第２ゲート駆動回路９ｂは駆動しない。逆に偏差信号δＶが負値であるときには、第２トランジスタ用ＰＷＭ信号を第２ゲート駆動回路９ｂに出力し、昇降圧チョッパ７を昇圧動作させる。このとき、第１ゲート駆動回路９ａは駆動しない。
【００４３】
次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。
まず、非停電時の動作を説明する。
通常、整流器２は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して直流中間回路３に出力する。インバータ５は直流中間回路３からの直流電力を所定の交流電力に変換し、変換した交流電力を負荷６に供給する。
そして、電圧センサ１０の検出結果に基づいて停電検出器１１で交流電源１が停電状態にあるかどうかを判定し、交流電源１が停電状態にない場合には、ＤＣ偏差選択部４１において、ＤＣ偏差として正の固定値である規定値εdcが選択され、この規定値εdcを直流中間電圧指令値Ｓdcから減算した値が、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcとなる。
【００４４】
そして、電圧センサ１２で検出される実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdc以上であるときには、モード判定部３１での判定結果に基づき上限値選択部３２では上限値Ｈａを選択し、また、交流電源１が非停電状態であるため、停電時上限値選択部３３が上限値選択部３２で設定された上限値を選択するため、上限リミッタ２２の上限値は上限値Ｈａとなる。
そして、蓄電池８の実蓄電電圧ＢＡＴと蓄電電圧指令値Ｓbatとの偏差である蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２の上限値Ｈａよりも小さいときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは制限を受けない。このため、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は、“蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ”となる。
【００４５】
一方、実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdc以上であり且つ、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きいときには、直流中間電圧偏差ΔＤＣは負値となるが、交流電源１が非停電状態にあるため、直流中間電圧偏差ΔＤＣは切り替え部４４を介して下限リミッタ４５に供給され、ここで零に制限される。このため、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は零となる。
したがって、演算器２３で演算される偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝ΔＢＡＴ′となり、結果的に、“偏差信号δＶ＝蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ”となる。
【００４６】
そして、ＰＩ調節器２４により、偏差信号δＶ（＝蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ）を零に制御する昇降圧制御信号が生成され、これに応じたＰＷＭ信号がＰＷＭ信号生成部２５で生成され、生成されたＰＷＭ信号と反転回路２７で反転されたＰＷＭ反転信号とをもとにデッドタイム生成部２６においてデッドタイム処理が行なわれる。
このとき、偏差信号δＶ（＝ΔＢＡＴ′）は正値であって昇降圧チョッパ７を降圧動作させる必要があるため、ＰＷＭ信号を第１ゲート駆動回路９ａに出力し、第２ゲート駆動回路９ｂは駆動しない。
このため、第１トランジスタ７ａのみがオン・オフ動作し、これに伴い、昇降圧チョッパ７は前述と同様に降圧動作を行い、これによって蓄電池８への充電が行なわれ、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatと一致するように制御されることになる。
【００４７】
このとき、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatを大きく下回り、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２の上限値Ｈａを超えると、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限値Ｈａに制限されることになる。このため、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は上限値Ｈａとなるため、偏差信号δＶは“上限値Ｈａ”となり、上限値Ｈａ相当の充電を行なうように降圧動作が行なわれることになる。また、上限値Ｈａは、蓄電池８の充電電圧定格値相当に設定されているため、定格以上の充電が行なわれることを回避することができる。
【００４８】
ここで、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcは直流中間電圧指令値Ｓdcから規定値εdcを減算した値であって、規定値εdcは、非停電状態での通常動作時に負荷６の負荷量の急変により生じ得る直流中間電圧の低下量の最大値と同等程度に設定される。このため、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcは、通常動作時に実直流中間電圧ＤＣがとり得る最小値相当となり、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc（＝Ａdc−εdc）以上であれば、実直流中間電圧ＤＣは正常とみなすことの可能な許容範囲にあるとみなすことができ、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回っていれば実直流中間電圧ＤＣは異常とみなすことができる。
【００４９】
したがって、実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdc及び制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きいときには、実直流中間電圧ＤＣは通常とり得る範囲内の値をとっており、無停電電源装置は正常に動作していると判断することができる。また、実直流中間電圧ＤＣは直流中間電圧指令値Ｓdcを上回っていることから、直流中間電圧の制御は行なわずに、蓄電電圧の制御のみを行い、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatと一致するように、昇降圧チョッパ７を降圧動作させる。
【００５０】
次に、実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdc以上である状態から、実直流中間電圧ＤＣが低下すると、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きい間は、上限リミッタ２２の上限値はＨａに維持される。
また、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きいため、直流中間電圧偏差ΔＤＣは負値となり、下限リミッタ４５による制限を受け、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は零となる。
【００５１】
一方、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatを下回り、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２の上限値Ｈａよりも小さいときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは制限を受けない。したがって、偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝ΔＢＡＴ′（＝蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ）となり、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′が零となるように降圧動作が行なわれる。これによって、蓄電池８への充電が行なわれ蓄電電圧が蓄電電圧指令値Ｓbatとなるように増加する。
【００５２】
また、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２の上限値Ｈａよりも大きいときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限値Ｈａに制限される。したがって、偏差信号δＶはΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝上限値Ｈａとなり、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′が零となるように降圧動作が行なわれる。
このように、実直流中間電圧ＤＣが、直流中間電圧指令値Ｓdcよりも小さいが、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きいときには、直流中間電圧が通常とり得る範囲の値であるため、直流中間電圧の制御は行なわず、蓄電電圧の制御のみを行ない、昇降圧チョッパ７は降圧動作のみを行なう。
【００５３】
そして、実直流中間電圧ＤＣがさらに低下し制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回ると、上限リミッタ２２の上限値はＨｂに変更される。
このとき、実直流中間電圧ＤＣは制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも小さいため、直流中間電圧偏差ΔＤＣは正値となり下限リミッタ４５の下限値零よりも大きいため、直流中間電圧偏差ΔＤＣは制限を受けず、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は、“制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ”となる。
【００５４】
また、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２の上限値Ｈｂ（＝０）よりも大きいときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限値Ｈｂ（＝０）に制限される。
このため、偏差信号δＶは“上限値Ｈｂ（＝０）−（制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ）”となり、昇降圧チョッパ７は、“制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ”が零となるように昇圧動作を行なう。
【００５５】
このように、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回るときには、実直流中間電圧ＤＣが通常とり得る範囲を超えて低下しており、直流中間電圧を変動させる何らかの事象が生じたと判断されることから、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを上限値Ｈｂ（＝０）に制限することで蓄電池８への充電は行なわず、蓄電電圧の制御よりも直流中間電圧の制御を優先して昇圧動作を行ない、直流中間電圧の回復を図る。
【００５６】
したがって、例えば、交流電源１が非停電状態であって正常に動作し、実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdc以上となる状態では、直流中間電圧を制御する必要はないため、蓄電電圧の制御を優先して行ない、昇降圧チョッパ７は、蓄電電圧が蓄電電圧指令値Ｓbatと一致するように降圧動作を行なう。
この状態から、交流電源１側の異常により交流電源入力が低下すると、この低下に伴い実直流中間電圧ＤＣが低下し、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きい状態では、直流中間電圧が通常とり得る範囲内の変動であるため、引き続き蓄電電圧の制御を優先して行なう。
【００５７】
そして、実直流中間電圧ＤＣがさらに低下し制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回る状態となると、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを上限値Ｈｂ（＝０）以下に制限して、直流中間電圧の制御を優先し、昇降圧チョッパ７を昇圧動作させる。つまり、実直流中間電圧ＤＣが、通常とり得る直流中間電圧の範囲を下回った時点で昇圧動作が開始され直流中間電圧の回復が図られることになる。
【００５８】
このため、例えば、交流電源１に停電が生じた場合には、交流電源１が実際に停電状態に至る前の、交流電源電圧が低下し始めた初期の段階で、直流中間電圧の回復を図るように、昇圧動作を開始させることができる。このため、交流電源１が停電状態となった場合に、これに伴って直流中間電圧が低下することを抑制することができ、すなわち直流中間電圧の低下量を小さくすることができる。
【００５９】
また、例えば、交流電源１が正常に動作している状態から負荷６の負荷量の一時的な変動により直流中間電圧が低下した場合、実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdcを下回ったとしてもその低下量が通常生じ得る低下量であるときには、実直流中間電圧ＤＣは制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きな値をとる。このため、直流中間電圧偏差ΔＤＣは、下限リミッタ４５で零に制限され、引き続き蓄電電圧の制御が優先して行なわれる。そして、負荷量が通常の負荷量に戻り、これに伴い直流中間電圧が増加すると、実直流中間電圧ＤＣは引き続き制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを上回り、直流中間電圧偏差ΔＤＣが下限リミッタ４５で零に制限されるため、引き続き蓄電電圧の制御が優先して行なわれる。したがって、負荷６の負荷量の一時的な許容範囲での変動に伴い、実直流中間電圧ＤＣが変動した場合であってもこれに追従して、蓄電電圧の制御から直流中間電圧の制御に切り替わることを回避することができ、すなわち、蓄電池８への蓄電から蓄電池８からの放電に制御が切り替わることを回避することができる。
【００６０】
次に、交流電源１が停電状態にある場合の動作について説明する。
停電検出器１１で停電が検出されると、ＤＣ偏差選択部４１においてＤＣ偏差として零が選択されるため、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcは直流中間電圧指令値Ｓdcとなる。また、停電状態であるため、切り替え部４４では演算器４３で演算された直流中間電圧偏差ΔＤＣは直接、演算器２３に入力され、直流中間電圧偏差ΔＤＣは制限されない。また、停電状態であるため、停電時上限値選択部３３では、上限リミッタ２２の上限値を零に設定する。
このため、直流中間電圧偏差ΔＤＣは、“直流中間電圧指令値Ｓdc−実直流中間電圧ＤＣ”となり、偏差信号δＶ＝ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ＝−ΔＤＣであるため、実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdcと一致するように、直流中間電圧の制御が行なわれることになる。
【００６１】
したがって、直流中間電圧指令値Ｓdcよりも実直流中間電圧ＤＣの方が小さいときには、昇降圧チョッパ７は蓄電池８をエネルギ源として昇圧動作を行ない、直流中間電圧を昇圧することによって、直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに維持し、負荷６への電力供給を引き続き行なう。逆に、直流中間電圧指令値Ｓdcよりも実直流中間電圧ＤＣの方が大きいときには、昇降圧チョッパ７は降圧動作を行なって蓄電池８への充電を行なうことにより直流中間電圧の低下を図る。これによって、直流中間電圧は直流中間電圧指令値Ｓdcに維持され、交流電源１が停電状態ではあるが、負荷６への電力供給が継続されることになる。
【００６２】
このように、交流電源１が停電状態であるときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを零に制限し、蓄電電圧の制御は行なわず、直流中間電圧の制御を優先して行なうため、直流中間電圧を、より確実に直流中間電圧指令値Ｓdcと一致させることができる。
また、非停電状態の場合には、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcではなく、直流中間電圧指令値Ｓdcと、実直流中間電圧ＤＣとが一致するように制御を行なっているため、交流電源１が停電状態となったことに伴い整流器２による直流中間電圧の制御が行なわれない場合であっても、直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに維持することができる。
【００６３】
以上説明したように、交流電源１が非停電状態にある場合、また停電状態にある場合に限らず、実直流中間電圧ＤＣの、直流中間電圧指令値Ｓdcからの低下を抑制することができ、その低下量を低減することができるため、直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに維持するための直流コンデンサ４の容量を低減することができる。したがって、その分、装置の小型化を図ることができる。
【００６４】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図２は、第２の実施の形態における無停電電源装置のパルス発生回路９ｃの構成を示すブロック図である。
この第２の実施の形態における無停電電源装置の基本的な構成は、図３に示す従来の無停電電源装置と同一であって、図３に示す無停電電源装置において、パルス発生回路９ｃの構成が異なっている。なお、上記第１の実施の形態の図１におけるパルス発生回路９ｃと同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
【００６５】
第２の実施の形態におけるパルス発生回路９ｃは、図１に示す第１の実施の形態におけるパルス発生回路９ｃにおいて、モード判定部３１に替えて、電流センサ５１、振幅演算部５２及び整流器状態判定部５３を備えており、上限値選択部３２では、モード判定部３１に替えて、整流器状態判定部５３の判定結果に基づき上限値Ｈａ又はＨｂを選択する。
電流センサ５１は、交流電源１と整流器２との間に設けられ、交流電源１から無停電電源装置への入力電流を検出する。
振幅演算部５２は、電流センサ５１からの検出信号をもとにその振幅を演算し、これを入力電流振幅Ｗｉとして出力する。
【００６６】
整流器状態判定部５３は、振幅演算部５２で演算した入力電流振幅Ｗｉと、予め設定した振幅指令値ＳＷｉとを入力し、入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉよりも小さいときには、充電定格電圧値相当の上限値Ｈａを選択する信号を上限値選択部３２に出力し、入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ以上であるときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴに対する制御をどの程度行なうかを決定するための上限値Ｈｂ（例えば零）を選択する信号を上限値選択部３２に出力する。前記振幅指令値ＳＷｉは、非停電状態で通常動作を行なっている状態で、入力電流の振幅が通常とり得る値相当に設定される。すなわち、入力電流の振幅から、直流中間電圧の低下をもたらす状況にあるかどうかを判定することの可能な値に設定される。
【００６７】
次に、上記第２の実施の形態の動作を説明する。
まず、交流電源１が非停電状態にある場合の動作を説明する。
通常、整流器２は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して直流中間回路３に出力する。インバータ５は直流中間回路３からの直流電力を所定の交流電力に変換し、変換した交流電力を負荷６に供給する。
そして、停電検出器１１で、交流電源１が非停電状態にあると判定されるときには、ＤＣ偏差選択部４１において、ＤＣ偏差として正の固定値である規定値εdcが選択され、この規定値εdcを直流中間電圧指令値Ｓdcから減算した値が、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcとなる。また、非停電状態であるため、切り替え部４４は、演算器４３で演算された直流中間電圧偏差ΔＤＣを下限リミッタ４５に出力する。このため、直流中間電圧偏差ΔＤＣの下限値は、零に制限されることになる。また、停電時上限値選択部３３では、上限リミッタ２２の上限値として、上限値選択部３２で選択された上限値Ｈａ又はＨｂを選択する。
【００６８】
今、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きいときには、直流中間電圧偏差ΔＤＣは負値となるが、下限リミッタ４５により零に制限され、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は零となる。
このとき、振幅演算部５２で演算される入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉよりも小さく、負荷６が安定して電力消費を行なっていると判断されるときには、上限リミッタ２２の上限値として蓄電池８への充電定格電圧値相当の上限値Ｈａが設定される。また、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限値Ｈａよりも小さいときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限リミッタ２２で制限を受けない。このため、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は、“蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ”となる。
【００６９】
したがって、演算器２３で演算される偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝（蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ）となる。
このため、ＰＩ調節器２４により、偏差信号δＶ（＝蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ）を零に制御する昇降圧制御信号が生成され、これに応じたＰＷＭ信号がＰＷＭ信号生成部２５で生成され、生成されたＰＷＭ信号と、反転回路２７で反転されたＰＷＭ反転信号とをもとにデッドタイム生成部２６においてデッドタイム処理が行なわれる。そして、偏差信号δＶは正値であるため、ＰＷＭ信号を第１ゲート駆動回路９ａに出力して降圧動作を行なわせ、第２ゲート駆動回路９ｂは駆動しない。
【００７０】
このため、第１トランジスタ７ａのみがオン・オフ動作し、これによって、上記と同様の降圧動作が行なわれ、蓄電池８が充電されて、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatに一致するように制御されることになる。
このとき、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatを大きく下回り、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２の上限値Ｈａを超えると、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限値Ｈａに制限される。このため、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は“上限値Ｈａ”となるため、偏差信号δＶは上限値Ｈａとなり、上限値Ｈａ相当の充電を行なうように降圧動作が行なわれることになる。ここで、上限値Ｈａは、蓄電池８の充電電圧定格値相当に設定されているため、定格以上の充電が行なわれることを回避することができる。
【００７１】
このように、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きく、且つ入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉよりも小さいときには、実直流中間電圧ＤＣが通常とり得る範囲内にあり、且つ直流中間電圧が低下する傾向にもないため、直流中間電圧の制御は行なわず、蓄電電圧の制御のみを行い昇降圧チョッパ７を降圧動作させて、蓄電池８への充電を図る。
【００７２】
一方、振幅演算部５２で演算される入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ以上であって、負荷６への供給電流が通常とり得る値よりも大きく直流中間電圧が低下すると予測されるときには、上限リミッタ２２の上限値として上限値Ｈｂ（＝０）が設定される。このため、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは、上限値Ｈｂ（＝０）に制限される。
そして、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きいときには、直流中間電圧偏差ΔＤＣは負値となるため、下限リミッタ４５で零に制限され、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は零となる。
したがって、演算器２３で演算される偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝上限値Ｈｂ（＝０）−０＝０となり、昇降圧チョッパ７は駆動されない。
【００７３】
このように、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きい状態ではあるが、入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ以上であって、実直流中間電圧ＤＣが許容範囲内に収まってはいるが、入力電流振幅Ｗｉが比較的大きく直流中間電圧が低下すると予測されるときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを上限値Ｈｂ（０）に制限して、降圧動作を行なわない。これによって、直流中間電圧が低下されると予測される状態で昇降圧チョッパ７を降圧動作させることにより、直流中間電圧の減少がさらにすすむことを回避することができる。
【００７４】
一方、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも小さい場合には、直流中間電圧偏差ΔＤＣは正値となるため、下限リミッタ４５による制限を受けず、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は、“制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ”となる。
このとき、振幅演算部５２で演算される入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉよりも小さい場合には、上限リミッタ２２の上限値として蓄電池８への充電定格電圧値相当の上限値Ｈａが設定される。このため、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限値Ｈａよりも小さいときには上限リミッタ２２で制限を受けず、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は、“蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ”となる。
【００７５】
したがって、偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝（蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ）−（制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ）となり、この偏差信号δＶが零となるように制御が行なわれることになる。このため、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′が直流中間電圧偏差ΔＤＣ′よりも大きいときには、これらの差分相当の充電を行なうように昇降圧チョッパ７は降圧動作し、直流中間電圧偏差ΔＤＣ′の方が大きいときには、これらの差分相当の放電を行なうように昇降圧チョッパ７は昇圧動作を行なう。これによって、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatと一致するように制御されると共に、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcと一致するように制御されることになる。
【００７６】
そして、この状態から、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限値Ｈａよりも大きくなると、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限リミッタ２２で制限を受け、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は上限値Ｈａとなる。
このため、偏差信号δＶは“上限値Ｈａ−（制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ）”となり、上限値Ｈａの方が直流中間電圧偏差ΔＤＣ′よりも大きいときには、偏差信号δＶ相当の充電を行なうように昇降圧チョッパ７が降圧動作を行ない、直流中間電圧偏差ΔＤＣ′の方が大きいときには、偏差信号δＶ相当の昇圧を行なうように昇降圧チョッパ７は昇圧動作を行なって直流中間電圧の昇圧を図る。
【００７７】
このように、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回るときには、実直流中間電圧ＤＣが通常とり得る範囲を超えて低下しているため、昇圧動作を行なって直流中間電圧の回復を図るが、入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉよりも小さく直流中間電圧がさらに低下することはないと予測されるときには蓄電池８への充電も図り、直流中間電圧の昇圧を図りつつ、蓄電池８への充電を図る。
【００７８】
一方、振幅演算部５２で演算される入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ以上であって、負荷６への供給電流が通常よりも大きく直流中間電圧が低下する傾向にあると予測されるときには、上限リミッタ２２の上限値として上限値Ｈｂ（＝０）が設定される。
このため、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限リミッタ２２で制限を受け、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は“上限値Ｈｂ”となる。
【００７９】
そして、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも小さいときには、直流中間電圧偏差ΔＤＣは正値となるため、下限リミッタ４５で制限を受けず、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は“制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ”となる。
したがって、偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝上限値Ｈｂ（＝０）−（制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ）となるため、直流中間電圧偏差ΔＤＣが零となるように、昇降圧チョッパ７は昇圧動作を行なうことになる。
【００８０】
このように、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも小さく且つ入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ以上であって、実直流中間電圧ＤＣが許容範囲を下回り、且つ入力電流振幅Ｗｉが比較的大きく直流中間電圧がさらに低下すると予測されるときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを上限値Ｈｂ（＝０）に制限し、蓄電電圧の制御は行なわず、直流中間電圧の制御を優先して行い、直流中間電圧の回復を図る。
【００８１】
したがって、例えば、交流電源１が正常に動作し、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを上回る状態で動作している状態において、入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉよりも小さいときには、実直流中間電圧ＤＣが通常とり得る範囲にあり且つ直流中間電圧が低下する傾向にもないため、蓄電電圧の制御のみを行なって蓄電池８への充電を図る。
この状態から、例えば、負荷６の消費電力が増加したり、交流電源１からの供給電力の制限を行なったりすること等により、交流電源１からの入力電流が増加し、振幅演算部５２で演算される入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ以上となると、上限リミッタ２２の上限値がＨｂ（＝０）に変更される。
【００８２】
これにより、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限値Ｈｂ（＝０）に制限されて昇降圧チョッパ７の降圧動作が停止され、降圧動作及び昇圧動作は共に行なわれない。このため、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを上回る状態ではあるが、この後、直流中間電圧が低下すると予測される状態にあるときには蓄電池８への充電が停止され、この後に生じると予測される直流中間電圧の低下と、蓄電池８への充電を行なうことによる直流中間電圧の低下とが共に作用することが回避される。
【００８３】
この状態から、さらに実直流中間電圧ＤＣが低下し制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回ると、直流中間電圧偏差ΔＤＣが正値となり、このとき入力電流振幅Ｗｉは振幅指令値ＳＷｉ以上であって蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限値Ｈｂ（＝０）に制限されているため、蓄電電圧の制御は行なわず、直流中間電圧の制御が優先して行なわれ、実直流中間電圧ＤＣの回復が図られることになる。
【００８４】
したがって、入力電流振幅Ｗｉに基づき、直流中間電圧が低下すると予測されるときには、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回る以前の段階で蓄電池８への充電を停止することにより直流中間電圧の低下の抑制が図られ、さらに、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回ったときには、直流中間電圧の制御を優先し昇降圧チョッパ７を昇圧動作させて直流中間電圧の昇圧を図っているため、直流中間電圧の変動の抑制をより早い段階から開始することができ、結果的に直流中間電圧の低下量を低減することができる。
【００８５】
また、入力電流振幅Ｗｉに基づき直流中間電圧が低下すると予測されない場合は、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを上回るときには蓄電電圧の制御を優先して蓄電池８への充電を図り、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回るときには蓄電電圧の制御と直流中間電圧の制御とを行なっているため、直流中間電圧の低下を抑制しつつ、蓄電池８への充電を行うことができる。
【００８６】
また、この第２の実施の形態においても、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回った時点で、昇降圧チョッパ７を昇圧動作させているため、例えば、交流電源１に停電が生じた場合には、交流電源１が実際に停電状態に至る前の、交流電源電圧が低下し始めた初期の段階で、直流中間電圧の回復を図るように昇圧動作を開始することができる。したがって、停電検出器１１により、交流電源１が停電状態にあると判断された時点では、既に昇圧動作が行なわれているため、交流電源１が停電状態となった時点で直流中間電圧が低下することを抑制することができ、すなわち、直流中間電圧の低下量を低減することができる。
【００８７】
次に、交流電源１が停電状態にある場合の動作を説明する。
停電検出器１１で交流電源１が停電状態にあることが検出されると、ＤＣ偏差選択部４１において、ＤＣ偏差として零が選択されるため、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcは直流中間電圧指令値Ｓdcとなる。また、直流中間電圧偏差ΔＤＣは、切り替え部４４により直接、演算器２３に入力され、下限リミッタ４５による制限はうけない。また、停電状態であるため、停電時上限値選択部３３により上限値として零が選択されるため、上限リミッタ２２の上限値は零となり、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは零に制限される。
このため、偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝−ΔＤＣ′＝（直流中間電圧指令値Ｓdc−実直流中間電圧ＤＣ）となる。
【００８８】
したがって、直流中間電圧指令値Ｓdcよりも実直流中間電圧ＤＣの方が小さいときには、昇降圧チョッパ７は蓄電池８をエネルギ源として昇圧動作を行ない、直流中間電圧を昇圧することによって、直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに維持し、負荷６への電力供給を引き続き行なう。逆に、直流中間電圧指令値Ｓdcよりも実直流中間電圧ＤＣの方が大きいときには、昇降圧チョッパ７は降圧動作を行なって蓄電池８への充電を行なうことにより直流中間電圧の低下を図る。これによって、直流中間電圧は直流中間電圧指令値Ｓdcに維持され、交流電源１が停電状態ではあるが、負荷６への電力供給が継続されることになる。
【００８９】
このように、交流電源１が停電状態であるときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを零に制限し、実蓄電電圧を蓄電電圧指令値Ｓbatに一致させるための制御は行なわず、実直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに一致させるための制御のみを行なうため、直流中間電圧を、より確実に直流中間電圧指令値Ｓdcと一致させることができる。
また、非停電状態の場合には、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcではなく、直流中間電圧指令値Ｓdcと、実直流中間電圧ＤＣとが一致するように制御を行なっているため、交流電源１が停電状態となったことに伴い整流器２による直流中間電圧の制御が行なわれない場合であっても、直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに維持することができる。
【００９０】
以上説明したように、交流電源１が非停電状態にある場合、また停電状態にある場合に限らず、実直流中間電圧ＤＣの直流中間電圧指令値Ｓdcからの低下を抑制することができ、低下量を低減することができるため、この場合も、上記第１の実施の形態と同様に、直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに維持するための直流コンデンサ４の容量を低減することができる。したがって、その分、装置の小型化を図ることができる。
【００９１】
なお、上記第２の実施の形態では、電流センサ５１の検出信号に基づき入力電流の振幅を演算し、これに基づき直流中間電圧が低下するかどうかを予測する場合について説明したが、例えば、入力電流の平均値を演算し、この平均値が通常とり得る平均値を上回るか否かを判断することにより、直流中間電圧が低下するか否かを予測するようにしてもよい。
【００９２】
また、上記各実施の形態においては、無停電電源装置に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、入力される交流電力を直流電力に変換した後、再度交流電力に変換して負荷６に電力供給を行なうモードと、入力される交流電力を用いず蓄電池８の蓄電エネルギを利用して負荷６に電力供給を行なうモードとを備えた電力変換装置であれば適用することができる。
【００９３】
また、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴと直流中間電圧偏差ΔＤＣとの偏差に対してＰＩ制御処理を行なう場合について説明したが、これに限るものではなく、例えばＰＩＤ制御等、実検出信号をその目標値に一致させるための制御方法であっても適用することができる。
また、昇降圧回路として図３に示す昇降圧チョッパ７を適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、昇降圧制御信号に応じて昇圧動作と降圧動作とを切り替えて行なうようになっている昇降圧回路であれば適用することができる。
【００９４】
なお、上記実施の形態において、蓄電池８が蓄電手段に対応し、昇降圧チョッパ７が昇降圧回路に対応し、演算器２３、ＰＩ調節器２４、ＰＷＭ信号生成部２５、デッドタイム生成部２６、第１ゲート駆動回路９ａ、第２ゲート駆動回路９ｂが昇降圧制御手段に対応し、電圧センサ１２が直流中間電圧検出手段に対応し、電圧センサ１３が蓄電電圧検出手段に対応し、演算器４３が直流中間電圧偏差演算手段に対応し、演算器２１が蓄電電圧偏差演算手段に対応している。
【００９５】
また、第１の実施の形態において、モード判定部３１で実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc（制限開始電圧）を下回ることを検出したときに上限値選択部３２で上限値Ｈｂを選択させ、これに応じて上限リミッタ２２で蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを上限値Ｈｂに制限する処理が第１の制限手段に対応している。
また、第２の実施の形態において、電流センサ５１が入力電流検出手段に対応し、電流センサ５１の検出信号に基づき振幅演算部５２で演算した入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ（制限開始電流）以上であるときに上限値選択部３２で上限値Ｈｂを選択させ、これに応じて上限リミッタ２２で蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを上限値Ｈｂに制限する処理が第２の制限手段に対応している。
【符号の説明】
【００９６】
１ 交流電源
２ 整流器
３ 直流中間回路
４ 直流コンデンサ
５ インバータ
６ 負荷
７ 昇降圧チョッパ
７ａ 第１トランジスタ
７ｂ 第２トランジスタ
８ 蓄電池
９ チョッパ制御回路
９ａ 第１ゲート駆動回路
９ｂ 第２ゲート駆動回路
１０ 電圧センサ
１１ 停電検出器
１２、１３ 電圧センサ
２２ 上限リミッタ
３１ モード判定部
３２ 上限値選択部
５１ 電流センサ
５２ 振幅演算部
５３ 整流器状態判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流入力を整流して得た直流電力を蓄電手段に充電すると共に、整流して得た直流電力又は蓄電手段の蓄電エネルギを利用して負荷に電力供給を行なう電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電にて負荷に電力供給を行なう無停電電源装置として、例えば、図３に示すような無停電電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図３において、１は交流電源、２はこの交流電源１からの交流電力を直流電力に変換する整流器、３は整流器２の直流出力に接続された直流中間回路、４は直流中間回路３の電圧を平滑するための直流コンデンサ、５は直流中間回路３からの直流電力を交流電力に変換するインバータ、６は負荷である。
【０００３】
７は、直流中間回路３から蓄電池８への充電及び蓄電池８から直流中間回路３への放電を行なう昇降圧チョッパを示す。
この昇降圧チョッパ７は、直列に接続されたＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等で構成される第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂと、第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂのそれぞれに逆並列に接続されたフリーホイールダイオード７ｃ及び７ｄと、第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂの接続点に一端が接続されたチョッパリアクトル７ｅと、チョッパリアクトル７ｅの他端及び第２のトランジスタ７ｂのエミッタ側との間に、第２のトランジスタ７ｂと並列に接続される平滑コンデンサ７ｆ及び前記蓄電池８とを備えている。
【０００４】
そして、直列に接続された第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂの両端が、直流コンデンサ４とインバータ５との間にこれらと並列に接続されている。
また、９は、昇降圧チョッパ７を降圧チョッパ動作させて蓄電池８を充電させると共に、昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパ動作させて蓄電池８を直流電源として直流中間回路３に直流電力を供給するチョッパ制御回路を示す。
【０００５】
このチョッパ制御回路９は、第１トランジスタ７ａを駆動する第１ゲート駆動回路（ＧＤＵ）９ａ、第２トランジスタ７ｂを駆動する第２ゲート駆動回路（ＧＤＵ）９ｂ、第１ゲート駆動回路９ａ及び第２ゲート駆動回路９ｂへゲートパルスを出力するパルス発生回路９ｃを備えている。第１ゲート駆動回路９ａ及び第２ゲート駆動回路９ｂは、パルス発生回路９ｃからのゲートパルスに応じて第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂにゲート駆動信号を供給し、ゲートパルスに応じて第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂをオン・オフ動作させる。
【０００６】
また、１０は交流電源１からの入力電圧を検出する電圧センサ、１１は電圧センサ１０の検出結果に基づき、交流電源１が停電状態にあることを検出する停電検出器、１２は直流中間回路３の直流電圧を検出する電圧センサ、１３は蓄電池８の蓄電電圧を検出する電圧センサである。これら停電検出器１１、電圧センサ１２及び１３の検出結果は、パルス発生回路９ｃに入力される。そして、パルス発生回路９ｃは、これら検出結果に基づいて第１ゲート駆動回路９ａ及び第２ゲート駆動回路９ｂへのゲートパルスを生成する。
【０００７】
このような構成において、通常、整流器２は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して直流中間回路３に出力する。インバータ５は直流中間回路３からの直流電力を所定の交流電力に変換し、変換した交流電力を負荷６に供給する。
このとき、交流電源１からの入力電圧を検出する電圧センサ１０の検出結果に基づいて交流電源１の停電を検出する停電検出器１１において停電が検出されておらず、且つ、電圧センサ１２で検出される直流中間回路３の直流中間電圧が直流中間電圧指令値よりも高いときには、パルス発生回路９ｃは、第１トランジスタ７ａがオン・オフ動作を繰り返すように第１ゲート駆動回路９ａへゲートパルスを出力する。
【０００８】
すなわち、パルス発生回路９ｃが、第１ゲート駆動回路９ａを動作させ、第１ゲート駆動回路９ａからのゲート駆動信号により第１トランジスタ７ａをオンさせると、直流中間回路３、第１トランジスタ７ａ、チョッパリアクトル７ｅ、蓄電池８、直流中間回路３の経路により蓄電池８へ充電電流が流れる。次いで、第１トランジスタ７ａをオフさせると、チョッパリアクトル７ｅに流れていた電流は、チョッパリアクトル７ｅ、蓄電池８、第２フリーホイールダイオード７ｄ、チョッパリアクトル７ｅの経路で還流し、直流中間回路３を直流電源とした、第１トランジスタ７ａ、チョッパリアクトル７ｅ、第２フリーホイールダイオード７ｄにより構成される周知の降圧チョッパとし動作し、蓄電池８を充電する。
【０００９】
さらに、例えば負荷６の消費電力と蓄電池８への蓄電電力との和が制限したい交流電源１からの供給電力のしきい値を超えた状態であって、電圧センサ１２で検出される直流中間回路３の直流中間電圧が直流中間電圧指令値よりも低いときには、パルス発生回路９ｃでは、まず、蓄電池８への充電を停止するように第１ゲート駆動回路９ａへのゲートパルスを出力する。蓄電池８への充電を停止してもなお偏差がある場合、つまり蓄電池８への充電を停止すると、直流中間回路３の電圧は上昇するが、負荷６の消費電力が大きいためにそれでもなお直流中間電圧が直流中間電圧指令値よりも低い場合には、第２トランジスタ７ｂがオン・オフ動作を繰り返すように第２ゲート駆動回路９ｂへゲートパルスを出力して、後述の昇圧チョッパ動作を行なわせ、直流中間電圧が直流中間電圧指令値となるように動作する。これによって、交流電源１からの供給電力を、所望の入力電力に制限している。
【００１０】
他方、交流電源１が停電した場合は、停電検出器１１がパルス発生回路９ｃへ信号を出力し、これを受けてパルス発生回路９ｃは、第２トランジスタ７ｂがオン・オフ動作を繰り返すように第２ゲート駆動回路９ｂへゲートパルスを出力し、昇圧チョッパ動作を行なわせる。これによって、負荷６へ無停電で交流電力を供給する。
ここで、パルス発生回路９ｃが、第２ゲート駆動回路９ｂを動作させ、第２ゲート駆動回路９ｂからのゲート駆動信号により、第２トランジスタ７ｂをオンさせると、蓄電池８を直流電源にして、蓄電池８、チョッパリアクトル７ｅ、第２トランジスタ７ｂ、蓄電池８の経路で電流が増加しつつ流れる。
【００１１】
次いで、第２トランジスタ７ｂをオフにすると、チョッパリアクトル７ｅ、第１フリーホイールダイオード７ｃ、直流中間回路３、インバータ５の経路で電流が流れ、蓄電池８を直流電源とした、第２トランジスタ７ｂ、チョッパリアクトル７ｅ、第１フリーホイールダイオード７ｃにより構成される周知の昇圧チョッパとして動作し、直流中間回路３へ直流電力を供給する。
【００１２】
つまり、パルス発生回路９ｃは、図４に示すように、蓄電池８の蓄電電圧指令値と電圧センサ１３で検出される蓄電池８の実蓄電電圧との偏差が零となるようにＰＩ制御処理を行なうＰＩ調節器１４と、直流中間回路３の直流中間電圧指令値と電圧センサ１２で検出される直流中間回路３の実直流中間電圧との偏差が零となるようにＰＩ制御処理を行なうＰＩ調節器１５と、を備えており、昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパとして動作させる場合と、降圧チョッパとして動作させる場合とで、蓄電電圧偏差に基づき調整を行なうＰＩ調節器１４と直流中間電圧偏差に基づき調整を行なうＰＩ調節器１５とを切り替えて制御を行なうようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−１８６６８９号公報（第３頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記従来の無停電電源装置においては、停電検出器１１が停電を検出しておらず、且つ、電圧センサ１２で検出される直流中間回路３の直流中間電圧が直流中間電圧指令値よりも低いときには、パルス発生回路９ｃでは、まず、蓄電池８への充電を停止し、それでもなお直流中間電圧が直流中間電圧指令値よりも低い場合には、昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパ動作させることにより、直流中間電圧の回復を図っている。つまり、蓄電池８への充電を停止した時点から、蓄電池８の放電を開始するまでの間に、直流中間電圧が回復したかどうかを判定するための待機時間を設けている。
【００１５】
このため、交流電源１に停電が生じた結果、直流中間電圧が直流中間電圧指令値よりも低下した場合には、速やかな直流中間電圧の回復が望まれるにも関わらず、実際に蓄電池８の放電が開始されるまでに時間がかかり、蓄電池８からの電力供給が遅くなるため、その結果、直流中間電圧の低下が進むことになる。蓄電池８からの電力供給が開始されるまでの間の直流中間電圧の低下を抑制するためには、その低下分に相当する容量の直流コンデンサを設置する必要があり、直流中間電圧の低下分が大きいときほど、直流コンデンサの容量を大きくする必要があり、これはすなわちコストの増加や、装置全体の体積増加にもつながる。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであって、交流電源に異常が発生した場合など、直流中間電圧を変動させる事象が発生した場合であっても直流中間電圧の低下を抑制することの可能な電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電力変換装置は、交流電源入力を直流電力に変換する整流器と、前記直流電力を交流電力に変換して負荷供給用の交流電力を生成しこの負荷供給用の交流電力を負荷に供給するインバータと、前記直流電力を蓄電する蓄電手段と、前記整流器と前記インバータとの間に接続され、入力される制御信号に応じて昇圧又は降圧動作を行い、前記整流器と前記インバータとの間の直流中間電圧を降圧して前記蓄電手段への充電を行なうと共に前記蓄電手段の蓄電エネルギを利用して前記直流中間電圧を昇圧する昇降圧回路と、を備えた電力変換装置であって、前記直流中間電圧を検出する直流中間電圧検出手段と、前記蓄電手段の蓄電電圧を検出する蓄電電圧検出手段と、前記直流中間電圧の目標値と前記直流中間電圧検出手段で検出される実直流中間電圧との偏差を演算する直流中間電圧偏差演算手段と、前記蓄電手段の蓄電電圧の目標値と前記蓄電電圧検出手段で検出される実蓄電電圧との偏差を演算する蓄電電圧偏差演算手段と、前記直流中間電圧偏差演算手段で演算される直流中間電圧偏差と前記蓄電電圧偏差演算手段で演算される蓄電電圧偏差とからこれらの偏差を演算し、この偏差が零となるように前記制御信号を生成する昇降圧制御手段と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項２に係る電力変換装置は、前記昇降圧制御手段は、前記交流電源入力が予め設定したしきい値以上であり且つ前記実直流中間電圧が予め設定した制限開始電圧より小さいときに、前記蓄電電圧偏差演算手段で演算された蓄電電圧偏差の最大値を制限する第１の制限手段を備えることを特徴としている。
また、請求項３に係る電力変換装置は、前記昇降圧制御手段は、前記整流器への入力電流を検出する入力電流検出手段と、前記交流電源入力が予め設定したしきい値以上であり且つ前記入力電流検出手段で検出される実入力電流が予め設定した制限開始電流以上であるときに、前記蓄電電圧偏差演算手段で演算された蓄電電圧偏差の最大値を制限する第２の制限手段を備えることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項４に係る電力変換装置は、前記インバータは、前記交流電源入力が予め設定したしきい値より小さいときには前記蓄電手段の蓄電エネルギを利用して前記負荷供給用の交流電力を生成するようになっている電力変換装置であって、前記交流電源入力が前記しきい値以上であるときには、前記整流器において前記直流電力に変換するときの直流電圧変換目標値から予め設定した規定値を減算した値を、前記直流中間電圧の目標値とし、前記交流電源入力が前記しきい値よりも小さいときには、前記直流電圧変換目標値を前記直流中間電圧の目標値とすることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項５に係る電力変換装置は、前記昇降圧制御手段は、前記直流中間電圧偏差と前記蓄電電圧偏差との偏差に対して比例−積分制御処理を行なって前記制御信号を生成することを特徴としている。
さらに、請求項６に係る電力変換装置は、前記交流電源入力のしきい値は、前記交流電源に停電が生じたとみなすことの可能な値に設定されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る電力変換装置は、整流器とインバータとの間の電圧である直流中間電圧の目標値と実直流中間電圧との偏差と、蓄電手段の蓄電電圧の目標値と実蓄電電圧との偏差とからこれらの偏差を演算し、これらの偏差が零となるように制御信号を生成する。そして、この制御信号に応じて直流中間電圧がその目標値と一致するように、又は蓄電電圧がその目標値と一致するように、昇降圧回路を動作させるようにしたから、直流中間電圧と蓄電電圧とのうち、それぞれの目標値に対する不足分がより大きい方を優先して目標値に一致させるように昇降圧回路を動作させることができ、蓄電電圧に対する制御と直流中間電圧に対する制御との切り替えを的確に行うことができる。
【００２１】
また、請求項２に係る電力変換装置によれば、交流電源入力がそのしきい値以上であり且つ実直流中間電圧が予め設定した制限開始電圧よりも小さいときには、蓄電電圧偏差演算手段で演算された蓄電電圧偏差の最大値を制限するようにしたため、例えば、制限開始電圧として、正常状態において直流中間電圧がとり得る値よりも小さく且つ交流電源入力がそのしきい値を下回るときの直流中間電圧のとり得る値よりも大きな値に設定することにより、交流電源入力がそのしきい値を下回る以前の、直流中間電圧が通常とり得る値を下回った時点で蓄電電圧偏差の最大値を制限することになり、この時点で蓄電電圧の制御よりも、直流中間電圧を目標値に一致させる制御が行なわれやすくなる。
【００２２】
このため、交流電源入力がしきい値を下回ると、この交流電源入力が低下することに起因して直流中間電圧が低下する可能性があるが、交流電源入力がしきい値を下回る可能性があるとみなすことの可能な時点で、蓄電電圧の制御よりも直流中間電圧の制御を優先して行い直流中間電圧が目標値に一致させるための制御を開始するため、実際に交流電源入力がしきい値を下回った時点で、この交流電源入力の低下に伴って生じる直流中間電圧の低下を抑制することができる。
【００２３】
また、請求項３に係る電力変換装置によれば、交流電源入力が前記しきい値以上であり且つ整流器に入力される入力電流が予め設定した制限開始電流以上であるときには、蓄電電圧偏差の最大値を制限するようにしたため、例えば前記交流入力電力が前記しきい値を下回る可能性があるとみなすことの可能な前記入力電流相当の値を制限開始電流として設定することにより、交流電源入力がそのしきい値を下回る以前の、しきい値を下回る可能性があると予測される時点で蓄電電圧偏差の最大値を制限するため、この時点で蓄電電圧の制御よりも、直流中間電圧を目標値に一致させる制御が行なわれやすくなる。
【００２４】
このため、交流電源入力がしきい値を下回ると交流電源入力が低下することに起因して直流中間電圧が低下する可能性があるが、交流電源入力がしきい値を下回る可能性があるとみなすことの可能な時点で、蓄電電圧の制御よりも直流中間電圧の制御を優先し、直流中間電圧を目標値に一致させる制御を開始するため、実際に交流電源入力がしきい値を下回った時点における直流中間電圧の低下を抑制することができる。
【００２５】
また、請求項４に係る電力変換装置によれば、交流電源入力がしきい値以上であるときには、整流器において直流電力に変換するときの直流電圧変換目標値から予め設定した規定値を減算した値を直流中間電圧の目標値としたため、例えば規定値として通常状態で直流中間電圧がとり得る変動分の最大値相当を設定することにより、通常生じ得る直流中間電圧の変動分相当だけ低い値となるように直流中間電圧が制御される。このため、直流中間電圧が通常とり得る直流中間電圧の変動分を超えて変動するときにのみこの変動を抑制するように動作させることができる。
【００２６】
また、交流電源入力がしきい値よりも小さいときには、整流器において直流電力に変換するときの直流電圧変換目標値を直流中間電圧の目標値とするため、交流電源側から充分な電力供給が行なわれないときには、直流中間電圧がその目標値と一致するように制御を行ない、直流中間電圧を前以って真の目標値である直流中間電圧の目標値相当まで高めておくことによって、直流中間電圧を充分に上昇させることができない状態となり直流中間電圧が低下する状態となったときに、直流中間電圧が目標値を下回るタイミングを遅らせることができ、その分、負荷への電力供給を継続することができる。
【００２７】
また、請求項５に係る電力変換装置は、前記直流中間電圧偏差と前記蓄電電圧偏差との偏差に対して比例−積分制御処理を行なって前記制御信号を生成するため、直流中間電圧の制御と蓄電電圧の制御とを両立させることの可能な制御信号を容易に生成することができる。
特に、請求項６に係る電力変換装置は、交流電源入力のしきい値として、交流電源に停電が生じたとみなすことの可能な値を設定したため、交流電源に停電が生じたことにより交流電源入力が低下した場合の、蓄電電圧に対する制御と直流中間電圧に対する制御との切り替えを的確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用した第１の実施の形態におけるパルス発生回路の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した第２の実施の形態におけるパルス発生回路の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明を適用した無停電電源装置の一例を示すブロック図である。
【図４】従来のパルス発生回路の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
まず、第１の実施の形態を説明する。
ここでは、本発明を無停電電源装置に適用した場合について説明する。この無停電電源装置の基本的な構成は、図３に示す従来の無停電電源装置と同一であって、図３に示す無停電電源装置において、パルス発生回路９ｃの構成が異なっている。
【００３０】
図１は、本発明を適用したパルス発生回路９ｃの構成を示すブロック図である。
このパルス発生回路９ｃには、図３で説明したように、交流電源１が停電状態にあることを検出する停電検出器１１の検出結果、電圧センサ１２で検出した直流中間回路３の実直流中間電圧ＤＣ、電圧センサ１３で検出した蓄電池８の実蓄電電圧ＢＡＴが入力される。
【００３１】
図１において、２１は、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを演算する演算器、２２は、演算器２１で演算された蓄電電圧偏差ΔＢＡＴの最大値を制限する上限リミッタ、２３は、上限リミッタ２２での制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′から後述の直流中間電圧偏差ΔＤＣ又は制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′を減算し、偏差信号δＶを出力する演算器、２４は、演算器２３で演算した偏差信号δＶをＰＩ（比例−積分）制御処理し、昇降圧制御信号を生成するＰＩ調節器、２５は、ＰＩ調節器２４で生成した昇降圧制御信号に基づいて公知の手順でＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ信号生成部、２６は、ＰＷＭ信号生成部２５で生成されたＰＷＭ制御信号と、このＰＷＭ制御信号を反転回路２７で反転したＰＷＭ反転制御信号と、をもとに、第１ゲート駆動回路９ａ及び第２ゲート駆動回路９ｂへのゲートパルスを生成するデッドタイム生成部である。
【００３２】
また、３１は、モード判定部、３２は、モード判定部３１での判定結果に応じて、上限リミッタ２２の上限値を選択する上限値選択部、３３は、停電検出器１１で交流電源１が停電状態にあることが検出されたとき、上限リミッタ２２の上限値を零に設定する停電時上限値選択部である。
さらに、４１は、停電検出器１１の検出結果に応じてＤＣ偏差を選択するＤＣ偏差選択部、４２は、直流中間電圧指令値Ｓdcに基づき制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを演算する演算器、４３は、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcから実直流中間電圧ＤＣを減算して直流中間電圧偏差ΔＤＣを演算する演算器、４４は、停電検出器１１での検出結果に応じて、直流中間電圧偏差ΔＤＣの出力先を切り替える切り替え部、４５は、直流中間電圧偏差ΔＤＣの最小値を制限する下限リミッタである。
【００３３】
演算器２１は、蓄電池８の蓄電電圧の目標値として予め設定された蓄電電圧指令値Ｓbatから電圧センサ１３で検出した実蓄電電圧ＢＡＴを減算し、これを蓄電電圧偏差ΔＢＡＴとして出力する。前記実蓄電電圧ＢＡＴは、蓄電電圧指令値Ｓbat以下の値をとるため、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは零以上の正値となる。
上限リミッタ２２は、演算器２１から入力される蓄電電圧偏差ΔＢＡＴの最大値を、上限値選択部３２で選択された上限値Ｈａ又はＨｂ、或いは、停電時上限値選択部３３で設定された上限値零に制限する。
【００３４】
モード判定部３１には、電圧センサ１２からの実直流中間電圧ＤＣと、整流器２において交流電力を直流電力に変換する際の直流電圧の目標値、すなわち直流中間回路３の直流中間電圧の目標値である直流中間電圧指令値Ｓdcと、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcと、が入力される。この制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcは、直流中間電圧指令値ＳdcからＤＣ偏差を減算した値である。
【００３５】
そして、モード判定部３１は、実直流中間電圧ＤＣが、直流中間電圧指令値Ｓdc以上であるときには、上限値選択部３２において上限値Ｈａを選択する選択信号を出力する。また実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも小さいときには、上限値選択部３２において上限値Ｈｂを選択する選択信号を出力する。つまり、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc以上であり且つ直流中間電圧指令値Ｓdcよりも小さいときには、上限値が変化しないようにすることでヒステリシスを設けており、これによって不要に上限値が変化することを防止している。
【００３６】
上限値選択部３２は、モード判定部３１からの選択信号に応じて上限値ＨａとＨｂとのうちの何れかを選択し、これを上限リミッタ２２の上限値として設定する。前記上限値Ｈａは、上限値Ｈｂよりも大きな値であって、交流電源１が非停電状態であるときに蓄電池８を充電する場合に、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２で制限されない値に設定され、例えば蓄電池８の充電電圧定格値相当に設定される。また、上限値Ｈｂは、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴに対する制御をどの程度行なうかを決定する値であって零以上の値に設定され、この値が小さいときほど、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴに対する制御の割合が小さくなる。上限値Ｈｂは、例えば零に設定される。
【００３７】
停電時上限値選択部３３は、停電検出器１１で交流電源１が停電状態にあることが検出されたときには、上限リミッタ２２の上限値として零を選択し、停電検出器１１で交流電源１が非停電状態にあることが検出されたときには、上限リミッタ２２の上限値として、上限値選択部３２で設定された上限値Ｈａ又はＨｂを選択する。
ＤＣ偏差選択部４１は、停電検出器１１で交流電源１が停電状態にあることが検出されるときにはＤＣ偏差として零を選択し、非停電状態にあることが検出されるときには、ＤＣ偏差として予め設定した規定値εdcを選択する。この規定値εdcは、正の固定値であって、例えば、交流電源１が非停電状態であり且つ整流器２が正常に動作している状態で、負荷６の負荷量の急変により生じ得る直流中間電圧の低下量の最大値と同等程度に設定される。
【００３８】
演算器４２は、直流中間電圧指令値ＳdcからＤＣ偏差選択部４１で選択されたＤＣ偏差を減算しこれを制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcとして演算器４２に出力する。
演算器４３は、演算器４２で演算された制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcから電圧センサ１２で検出された実直流中間電圧ＤＣを減算しこれを直流中間電圧偏差ΔＤＣとして、切り替え部４４に出力する。
【００３９】
切り替え部４４は、停電検出器１１の検出結果に応じて動作し、停電検出器１１で交流電源１が非停電状態にあることが検出されるときには直流中間電圧偏差ΔＤＣを下限リミッタ４５に出力する。停電検出器１１で交流電源１が停電状態にあることが検出されるときには直流中間電圧偏差ΔＤＣを演算器２３に出力する。
下限リミッタ４５は、切り替え部４４から入力される直流中間電圧偏差ΔＤＣの最小値を、零に制限する。そして、この下限リミッタ４５で制限された制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は、演算器２３に減算入力される。
【００４０】
ＰＩ調節器２４は、演算器２３から入力される偏差信号δＶに対し、偏差信号δＶが零となるように、公知のＰＩ（比例−積分）制御処理を実行し、偏差信号δＶが正値であればδＶ相当の蓄電池８への充電を行なう昇降圧制御信号を生成し、偏差信号δＶが負値であれば蓄電池８からδＶ相当の放電を行なう昇降圧制御信号を生成し、これをＰＷＭ信号生成部２５に出力する。
ＰＷＭ信号生成部２５はＰＩ調節器２４からの昇降圧制御信号に基づいて公知の手順でＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号を直接、デッドタイム生成部２６に出力すると共に、ＰＷＭ信号を反転回路２７に出力する。
【００４１】
デッドタイム生成部２６は、ＰＷＭ信号生成部２５からのＰＷＭ信号及び反転回路２７からのＰＷＭ反転信号、さらに、演算器２３からの偏差信号δＶを入力し、ＰＷＭ信号を第１ゲート駆動回路９ａにより駆動される第１トランジスタ７ａ用のＰＷＭ信号、ＰＷＭ反転信号を第２ゲート駆動回路９ｂにより駆動される第２トランジスタ７ｂ用のＰＷＭ信号とし、第１トランジスタ７ａ及び第２トランジスタ７ｂの短絡を防ぐために、両トランジスタ７ａ、７ｂを共にオフとするデッドタイムを有する第１トランジスタ用ＰＷＭ信号及び第２トランジスタ用ＰＷＭ信号を生成する。
【００４２】
そして、演算器２３からの偏差信号δＶが正値であるときには第１トランジスタ用ＰＷＭ信号を第１ゲート駆動回路９ａに出力して、昇降圧チョッパ７を降圧動作させる。このとき、第２ゲート駆動回路９ｂは駆動しない。逆に偏差信号δＶが負値であるときには、第２トランジスタ用ＰＷＭ信号を第２ゲート駆動回路９ｂに出力し、昇降圧チョッパ７を昇圧動作させる。このとき、第１ゲート駆動回路９ａは駆動しない。
【００４３】
次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。
まず、非停電時の動作を説明する。
通常、整流器２は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して直流中間回路３に出力する。インバータ５は直流中間回路３からの直流電力を所定の交流電力に変換し、変換した交流電力を負荷６に供給する。
そして、電圧センサ１０の検出結果に基づいて停電検出器１１で交流電源１が停電状態にあるかどうかを判定し、交流電源１が停電状態にない場合には、ＤＣ偏差選択部４１において、ＤＣ偏差として正の固定値である規定値εdcが選択され、この規定値εdcを直流中間電圧指令値Ｓdcから減算した値が、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcとなる。
【００４４】
そして、電圧センサ１２で検出される実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdc以上であるときには、モード判定部３１での判定結果に基づき上限値選択部３２では上限値Ｈａを選択し、また、交流電源１が非停電状態であるため、停電時上限値選択部３３が上限値選択部３２で設定された上限値を選択するため、上限リミッタ２２の上限値は上限値Ｈａとなる。
そして、蓄電池８の実蓄電電圧ＢＡＴと蓄電電圧指令値Ｓbatとの偏差である蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２の上限値Ｈａよりも小さいときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは制限を受けない。このため、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は、“蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ”となる。
【００４５】
一方、実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdc以上であり且つ、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きいときには、直流中間電圧偏差ΔＤＣは負値となるが、交流電源１が非停電状態にあるため、直流中間電圧偏差ΔＤＣは切り替え部４４を介して下限リミッタ４５に供給され、ここで零に制限される。このため、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は零となる。
したがって、演算器２３で演算される偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝ΔＢＡＴ′となり、結果的に、“偏差信号δＶ＝蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ”となる。
【００４６】
そして、ＰＩ調節器２４により、偏差信号δＶ（＝蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ）を零に制御する昇降圧制御信号が生成され、これに応じたＰＷＭ信号がＰＷＭ信号生成部２５で生成され、生成されたＰＷＭ信号と反転回路２７で反転されたＰＷＭ反転信号とをもとにデッドタイム生成部２６においてデッドタイム処理が行なわれる。
このとき、偏差信号δＶ（＝ΔＢＡＴ′）は正値であって昇降圧チョッパ７を降圧動作させる必要があるため、ＰＷＭ信号を第１ゲート駆動回路９ａに出力し、第２ゲート駆動回路９ｂは駆動しない。
このため、第１トランジスタ７ａのみがオン・オフ動作し、これに伴い、昇降圧チョッパ７は前述と同様に降圧動作を行い、これによって蓄電池８への充電が行なわれ、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatと一致するように制御されることになる。
【００４７】
このとき、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatを大きく下回り、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２の上限値Ｈａを超えると、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限値Ｈａに制限されることになる。このため、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は上限値Ｈａとなるため、偏差信号δＶは“上限値Ｈａ”となり、上限値Ｈａ相当の充電を行なうように降圧動作が行なわれることになる。また、上限値Ｈａは、蓄電池８の充電電圧定格値相当に設定されているため、定格以上の充電が行なわれることを回避することができる。
【００４８】
ここで、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcは直流中間電圧指令値Ｓdcから規定値εdcを減算した値であって、規定値εdcは、非停電状態での通常動作時に負荷６の負荷量の急変により生じ得る直流中間電圧の低下量の最大値と同等程度に設定される。このため、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcは、通常動作時に実直流中間電圧ＤＣがとり得る最小値相当となり、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc（＝Ａdc−εdc）以上であれば、実直流中間電圧ＤＣは正常とみなすことの可能な許容範囲にあるとみなすことができ、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回っていれば実直流中間電圧ＤＣは異常とみなすことができる。
【００４９】
したがって、実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdc及び制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きいときには、実直流中間電圧ＤＣは通常とり得る範囲内の値をとっており、無停電電源装置は正常に動作していると判断することができる。また、実直流中間電圧ＤＣは直流中間電圧指令値Ｓdcを上回っていることから、直流中間電圧の制御は行なわずに、蓄電電圧の制御のみを行い、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatと一致するように、昇降圧チョッパ７を降圧動作させる。
【００５０】
次に、実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdc以上である状態から、実直流中間電圧ＤＣが低下すると、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きい間は、上限リミッタ２２の上限値はＨａに維持される。
また、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きいため、直流中間電圧偏差ΔＤＣは負値となり、下限リミッタ４５による制限を受け、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は零となる。
【００５１】
一方、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatを下回り、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２の上限値Ｈａよりも小さいときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは制限を受けない。したがって、偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝ΔＢＡＴ′（＝蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ）となり、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′が零となるように降圧動作が行なわれる。これによって、蓄電池８への充電が行なわれ蓄電電圧が蓄電電圧指令値Ｓbatとなるように増加する。
【００５２】
また、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２の上限値Ｈａよりも大きいときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限値Ｈａに制限される。したがって、偏差信号δＶはΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝上限値Ｈａとなり、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′が零となるように降圧動作が行なわれる。
このように、実直流中間電圧ＤＣが、直流中間電圧指令値Ｓdcよりも小さいが、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きいときには、直流中間電圧が通常とり得る範囲の値であるため、直流中間電圧の制御は行なわず、蓄電電圧の制御のみを行ない、昇降圧チョッパ７は降圧動作のみを行なう。
【００５３】
そして、実直流中間電圧ＤＣがさらに低下し制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回ると、上限リミッタ２２の上限値はＨｂに変更される。
このとき、実直流中間電圧ＤＣは制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも小さいため、直流中間電圧偏差ΔＤＣは正値となり下限リミッタ４５の下限値零よりも大きいため、直流中間電圧偏差ΔＤＣは制限を受けず、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は、“制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ”となる。
【００５４】
また、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２の上限値Ｈｂ（＝０）よりも大きいときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限値Ｈｂ（＝０）に制限される。
このため、偏差信号δＶは“上限値Ｈｂ（＝０）−（制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ）”となり、昇降圧チョッパ７は、“制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ”が零となるように昇圧動作を行なう。
【００５５】
このように、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回るときには、実直流中間電圧ＤＣが通常とり得る範囲を超えて低下しており、直流中間電圧を変動させる何らかの事象が生じたと判断されることから、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを上限値Ｈｂ（＝０）に制限することで蓄電池８への充電は行なわず、蓄電電圧の制御よりも直流中間電圧の制御を優先して昇圧動作を行ない、直流中間電圧の回復を図る。
【００５６】
したがって、例えば、交流電源１が非停電状態であって正常に動作し、実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdc以上となる状態では、直流中間電圧を制御する必要はないため、蓄電電圧の制御を優先して行ない、昇降圧チョッパ７は、蓄電電圧が蓄電電圧指令値Ｓbatと一致するように降圧動作を行なう。
この状態から、交流電源１側の異常により交流電源入力が低下すると、この低下に伴い実直流中間電圧ＤＣが低下し、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きい状態では、直流中間電圧が通常とり得る範囲内の変動であるため、引き続き蓄電電圧の制御を優先して行なう。
【００５７】
そして、実直流中間電圧ＤＣがさらに低下し制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回る状態となると、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを上限値Ｈｂ（＝０）以下に制限して、直流中間電圧の制御を優先し、昇降圧チョッパ７を昇圧動作させる。つまり、実直流中間電圧ＤＣが、通常とり得る直流中間電圧の範囲を下回った時点で昇圧動作が開始され直流中間電圧の回復が図られることになる。
【００５８】
このため、例えば、交流電源１に停電が生じた場合には、交流電源１が実際に停電状態に至る前の、交流電源電圧が低下し始めた初期の段階で、直流中間電圧の回復を図るように、昇圧動作を開始させることができる。このため、交流電源１が停電状態となった場合に、これに伴って直流中間電圧が低下することを抑制することができ、すなわち直流中間電圧の低下量を小さくすることができる。
【００５９】
また、例えば、交流電源１が正常に動作している状態から負荷６の負荷量の一時的な変動により直流中間電圧が低下した場合、実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdcを下回ったとしてもその低下量が通常生じ得る低下量であるときには、実直流中間電圧ＤＣは制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きな値をとる。このため、直流中間電圧偏差ΔＤＣは、下限リミッタ４５で零に制限され、引き続き蓄電電圧の制御が優先して行なわれる。そして、負荷量が通常の負荷量に戻り、これに伴い直流中間電圧が増加すると、実直流中間電圧ＤＣは引き続き制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを上回り、直流中間電圧偏差ΔＤＣが下限リミッタ４５で零に制限されるため、引き続き蓄電電圧の制御が優先して行なわれる。したがって、負荷６の負荷量の一時的な許容範囲での変動に伴い、実直流中間電圧ＤＣが変動した場合であってもこれに追従して、蓄電電圧の制御から直流中間電圧の制御に切り替わることを回避することができ、すなわち、蓄電池８への蓄電から蓄電池８からの放電に制御が切り替わることを回避することができる。
【００６０】
次に、交流電源１が停電状態にある場合の動作について説明する。
停電検出器１１で停電が検出されると、ＤＣ偏差選択部４１においてＤＣ偏差として零が選択されるため、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcは直流中間電圧指令値Ｓdcとなる。また、停電状態であるため、切り替え部４４では演算器４３で演算された直流中間電圧偏差ΔＤＣは直接、演算器２３に入力され、直流中間電圧偏差ΔＤＣは制限されない。また、停電状態であるため、停電時上限値選択部３３では、上限リミッタ２２の上限値を零に設定する。
このため、直流中間電圧偏差ΔＤＣは、“直流中間電圧指令値Ｓdc−実直流中間電圧ＤＣ”となり、偏差信号δＶ＝ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ＝−ΔＤＣであるため、実直流中間電圧ＤＣが直流中間電圧指令値Ｓdcと一致するように、直流中間電圧の制御が行なわれることになる。
【００６１】
したがって、直流中間電圧指令値Ｓdcよりも実直流中間電圧ＤＣの方が小さいときには、昇降圧チョッパ７は蓄電池８をエネルギ源として昇圧動作を行ない、直流中間電圧を昇圧することによって、直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに維持し、負荷６への電力供給を引き続き行なう。逆に、直流中間電圧指令値Ｓdcよりも実直流中間電圧ＤＣの方が大きいときには、昇降圧チョッパ７は降圧動作を行なって蓄電池８への充電を行なうことにより直流中間電圧の低下を図る。これによって、直流中間電圧は直流中間電圧指令値Ｓdcに維持され、交流電源１が停電状態ではあるが、負荷６への電力供給が継続されることになる。
【００６２】
このように、交流電源１が停電状態であるときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを零に制限し、蓄電電圧の制御は行なわず、直流中間電圧の制御を優先して行なうため、直流中間電圧を、より確実に直流中間電圧指令値Ｓdcと一致させることができる。
また、非停電状態の場合には、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcではなく、直流中間電圧指令値Ｓdcと、実直流中間電圧ＤＣとが一致するように制御を行なっているため、交流電源１が停電状態となったことに伴い整流器２による直流中間電圧の制御が行なわれない場合であっても、直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに維持することができる。
【００６３】
以上説明したように、交流電源１が非停電状態にある場合、また停電状態にある場合に限らず、実直流中間電圧ＤＣの、直流中間電圧指令値Ｓdcからの低下を抑制することができ、その低下量を低減することができるため、直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに維持するための直流コンデンサ４の容量を低減することができる。したがって、その分、装置の小型化を図ることができる。
【００６４】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図２は、第２の実施の形態における無停電電源装置のパルス発生回路９ｃの構成を示すブロック図である。
この第２の実施の形態における無停電電源装置の基本的な構成は、図３に示す従来の無停電電源装置と同一であって、図３に示す無停電電源装置において、パルス発生回路９ｃの構成が異なっている。なお、上記第１の実施の形態の図１におけるパルス発生回路９ｃと同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
【００６５】
第２の実施の形態におけるパルス発生回路９ｃは、図１に示す第１の実施の形態におけるパルス発生回路９ｃにおいて、モード判定部３１に替えて、電流センサ５１、振幅演算部５２及び整流器状態判定部５３を備えており、上限値選択部３２では、モード判定部３１に替えて、整流器状態判定部５３の判定結果に基づき上限値Ｈａ又はＨｂを選択する。
電流センサ５１は、交流電源１と整流器２との間に設けられ、交流電源１から無停電電源装置への入力電流を検出する。
振幅演算部５２は、電流センサ５１からの検出信号をもとにその振幅を演算し、これを入力電流振幅Ｗｉとして出力する。
【００６６】
整流器状態判定部５３は、振幅演算部５２で演算した入力電流振幅Ｗｉと、予め設定した振幅指令値ＳＷｉとを入力し、入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉよりも小さいときには、充電定格電圧値相当の上限値Ｈａを選択する信号を上限値選択部３２に出力し、入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ以上であるときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴに対する制御をどの程度行なうかを決定するための上限値Ｈｂ（例えば零）を選択する信号を上限値選択部３２に出力する。前記振幅指令値ＳＷｉは、非停電状態で通常動作を行なっている状態で、入力電流の振幅が通常とり得る値相当に設定される。すなわち、入力電流の振幅から、直流中間電圧の低下をもたらす状況にあるかどうかを判定することの可能な値に設定される。
【００６７】
次に、上記第２の実施の形態の動作を説明する。
まず、交流電源１が非停電状態にある場合の動作を説明する。
通常、整流器２は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して直流中間回路３に出力する。インバータ５は直流中間回路３からの直流電力を所定の交流電力に変換し、変換した交流電力を負荷６に供給する。
そして、停電検出器１１で、交流電源１が非停電状態にあると判定されるときには、ＤＣ偏差選択部４１において、ＤＣ偏差として正の固定値である規定値εdcが選択され、この規定値εdcを直流中間電圧指令値Ｓdcから減算した値が、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcとなる。また、非停電状態であるため、切り替え部４４は、演算器４３で演算された直流中間電圧偏差ΔＤＣを下限リミッタ４５に出力する。このため、直流中間電圧偏差ΔＤＣの下限値は、零に制限されることになる。また、停電時上限値選択部３３では、上限リミッタ２２の上限値として、上限値選択部３２で選択された上限値Ｈａ又はＨｂを選択する。
【００６８】
今、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きいときには、直流中間電圧偏差ΔＤＣは負値となるが、下限リミッタ４５により零に制限され、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は零となる。
このとき、振幅演算部５２で演算される入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉよりも小さく、負荷６が安定して電力消費を行なっていると判断されるときには、上限リミッタ２２の上限値として蓄電池８への充電定格電圧値相当の上限値Ｈａが設定される。また、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限値Ｈａよりも小さいときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限リミッタ２２で制限を受けない。このため、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は、“蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ”となる。
【００６９】
したがって、演算器２３で演算される偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝（蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ）となる。
このため、ＰＩ調節器２４により、偏差信号δＶ（＝蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ）を零に制御する昇降圧制御信号が生成され、これに応じたＰＷＭ信号がＰＷＭ信号生成部２５で生成され、生成されたＰＷＭ信号と、反転回路２７で反転されたＰＷＭ反転信号とをもとにデッドタイム生成部２６においてデッドタイム処理が行なわれる。そして、偏差信号δＶは正値であるため、ＰＷＭ信号を第１ゲート駆動回路９ａに出力して降圧動作を行なわせ、第２ゲート駆動回路９ｂは駆動しない。
【００７０】
このため、第１トランジスタ７ａのみがオン・オフ動作し、これによって、上記と同様の降圧動作が行なわれ、蓄電池８が充電されて、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatに一致するように制御されることになる。
このとき、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatを大きく下回り、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限リミッタ２２の上限値Ｈａを超えると、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限値Ｈａに制限される。このため、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は“上限値Ｈａ”となるため、偏差信号δＶは上限値Ｈａとなり、上限値Ｈａ相当の充電を行なうように降圧動作が行なわれることになる。ここで、上限値Ｈａは、蓄電池８の充電電圧定格値相当に設定されているため、定格以上の充電が行なわれることを回避することができる。
【００７１】
このように、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きく、且つ入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉよりも小さいときには、実直流中間電圧ＤＣが通常とり得る範囲内にあり、且つ直流中間電圧が低下する傾向にもないため、直流中間電圧の制御は行なわず、蓄電電圧の制御のみを行い昇降圧チョッパ７を降圧動作させて、蓄電池８への充電を図る。
【００７２】
一方、振幅演算部５２で演算される入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ以上であって、負荷６への供給電流が通常とり得る値よりも大きく直流中間電圧が低下すると予測されるときには、上限リミッタ２２の上限値として上限値Ｈｂ（＝０）が設定される。このため、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは、上限値Ｈｂ（＝０）に制限される。
そして、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きいときには、直流中間電圧偏差ΔＤＣは負値となるため、下限リミッタ４５で零に制限され、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は零となる。
したがって、演算器２３で演算される偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝上限値Ｈｂ（＝０）−０＝０となり、昇降圧チョッパ７は駆動されない。
【００７３】
このように、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも大きい状態ではあるが、入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ以上であって、実直流中間電圧ＤＣが許容範囲内に収まってはいるが、入力電流振幅Ｗｉが比較的大きく直流中間電圧が低下すると予測されるときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを上限値Ｈｂ（０）に制限して、降圧動作を行なわない。これによって、直流中間電圧が低下されると予測される状態で昇降圧チョッパ７を降圧動作させることにより、直流中間電圧の減少がさらにすすむことを回避することができる。
【００７４】
一方、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも小さい場合には、直流中間電圧偏差ΔＤＣは正値となるため、下限リミッタ４５による制限を受けず、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は、“制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ”となる。
このとき、振幅演算部５２で演算される入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉよりも小さい場合には、上限リミッタ２２の上限値として蓄電池８への充電定格電圧値相当の上限値Ｈａが設定される。このため、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限値Ｈａよりも小さいときには上限リミッタ２２で制限を受けず、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は、“蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ”となる。
【００７５】
したがって、偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝（蓄電電圧指令値Ｓbat−実蓄電電圧ＢＡＴ）−（制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ）となり、この偏差信号δＶが零となるように制御が行なわれることになる。このため、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′が直流中間電圧偏差ΔＤＣ′よりも大きいときには、これらの差分相当の充電を行なうように昇降圧チョッパ７は降圧動作し、直流中間電圧偏差ΔＤＣ′の方が大きいときには、これらの差分相当の放電を行なうように昇降圧チョッパ７は昇圧動作を行なう。これによって、実蓄電電圧ＢＡＴが蓄電電圧指令値Ｓbatと一致するように制御されると共に、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcと一致するように制御されることになる。
【００７６】
そして、この状態から、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限値Ｈａよりも大きくなると、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限リミッタ２２で制限を受け、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は上限値Ｈａとなる。
このため、偏差信号δＶは“上限値Ｈａ−（制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ）”となり、上限値Ｈａの方が直流中間電圧偏差ΔＤＣ′よりも大きいときには、偏差信号δＶ相当の充電を行なうように昇降圧チョッパ７が降圧動作を行ない、直流中間電圧偏差ΔＤＣ′の方が大きいときには、偏差信号δＶ相当の昇圧を行なうように昇降圧チョッパ７は昇圧動作を行なって直流中間電圧の昇圧を図る。
【００７７】
このように、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回るときには、実直流中間電圧ＤＣが通常とり得る範囲を超えて低下しているため、昇圧動作を行なって直流中間電圧の回復を図るが、入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉよりも小さく直流中間電圧がさらに低下することはないと予測されるときには蓄電池８への充電も図り、直流中間電圧の昇圧を図りつつ、蓄電池８への充電を図る。
【００７８】
一方、振幅演算部５２で演算される入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ以上であって、負荷６への供給電流が通常よりも大きく直流中間電圧が低下する傾向にあると予測されるときには、上限リミッタ２２の上限値として上限値Ｈｂ（＝０）が設定される。
このため、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは上限リミッタ２２で制限を受け、制限後の蓄電電圧偏差ΔＢＡＴ′は“上限値Ｈｂ”となる。
【００７９】
そして、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも小さいときには、直流中間電圧偏差ΔＤＣは正値となるため、下限リミッタ４５で制限を受けず、制限後の直流中間電圧偏差ΔＤＣ′は“制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ”となる。
したがって、偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝上限値Ｈｂ（＝０）−（制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc−実直流中間電圧ＤＣ）となるため、直流中間電圧偏差ΔＤＣが零となるように、昇降圧チョッパ７は昇圧動作を行なうことになる。
【００８０】
このように、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcよりも小さく且つ入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ以上であって、実直流中間電圧ＤＣが許容範囲を下回り、且つ入力電流振幅Ｗｉが比較的大きく直流中間電圧がさらに低下すると予測されるときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを上限値Ｈｂ（＝０）に制限し、蓄電電圧の制御は行なわず、直流中間電圧の制御を優先して行い、直流中間電圧の回復を図る。
【００８１】
したがって、例えば、交流電源１が正常に動作し、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを上回る状態で動作している状態において、入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉよりも小さいときには、実直流中間電圧ＤＣが通常とり得る範囲にあり且つ直流中間電圧が低下する傾向にもないため、蓄電電圧の制御のみを行なって蓄電池８への充電を図る。
この状態から、例えば、負荷６の消費電力が増加したり、交流電源１からの供給電力の制限を行なったりすること等により、交流電源１からの入力電流が増加し、振幅演算部５２で演算される入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ以上となると、上限リミッタ２２の上限値がＨｂ（＝０）に変更される。
【００８２】
これにより、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限値Ｈｂ（＝０）に制限されて昇降圧チョッパ７の降圧動作が停止され、降圧動作及び昇圧動作は共に行なわれない。このため、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを上回る状態ではあるが、この後、直流中間電圧が低下すると予測される状態にあるときには蓄電池８への充電が停止され、この後に生じると予測される直流中間電圧の低下と、蓄電池８への充電を行なうことによる直流中間電圧の低下とが共に作用することが回避される。
【００８３】
この状態から、さらに実直流中間電圧ＤＣが低下し制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回ると、直流中間電圧偏差ΔＤＣが正値となり、このとき入力電流振幅Ｗｉは振幅指令値ＳＷｉ以上であって蓄電電圧偏差ΔＢＡＴが上限値Ｈｂ（＝０）に制限されているため、蓄電電圧の制御は行なわず、直流中間電圧の制御が優先して行なわれ、実直流中間電圧ＤＣの回復が図られることになる。
【００８４】
したがって、入力電流振幅Ｗｉに基づき、直流中間電圧が低下すると予測されるときには、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回る以前の段階で蓄電池８への充電を停止することにより直流中間電圧の低下の抑制が図られ、さらに、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回ったときには、直流中間電圧の制御を優先し昇降圧チョッパ７を昇圧動作させて直流中間電圧の昇圧を図っているため、直流中間電圧の変動の抑制をより早い段階から開始することができ、結果的に直流中間電圧の低下量を低減することができる。
【００８５】
また、入力電流振幅Ｗｉに基づき直流中間電圧が低下すると予測されない場合は、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを上回るときには蓄電電圧の制御を優先して蓄電池８への充電を図り、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回るときには蓄電電圧の制御と直流中間電圧の制御とを行なっているため、直流中間電圧の低下を抑制しつつ、蓄電池８への充電を行うことができる。
【００８６】
また、この第２の実施の形態においても、実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcを下回った時点で、昇降圧チョッパ７を昇圧動作させているため、例えば、交流電源１に停電が生じた場合には、交流電源１が実際に停電状態に至る前の、交流電源電圧が低下し始めた初期の段階で、直流中間電圧の回復を図るように昇圧動作を開始することができる。したがって、停電検出器１１により、交流電源１が停電状態にあると判断された時点では、既に昇圧動作が行なわれているため、交流電源１が停電状態となった時点で直流中間電圧が低下することを抑制することができ、すなわち、直流中間電圧の低下量を低減することができる。
【００８７】
次に、交流電源１が停電状態にある場合の動作を説明する。
停電検出器１１で交流電源１が停電状態にあることが検出されると、ＤＣ偏差選択部４１において、ＤＣ偏差として零が選択されるため、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcは直流中間電圧指令値Ｓdcとなる。また、直流中間電圧偏差ΔＤＣは、切り替え部４４により直接、演算器２３に入力され、下限リミッタ４５による制限はうけない。また、停電状態であるため、停電時上限値選択部３３により上限値として零が選択されるため、上限リミッタ２２の上限値は零となり、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴは零に制限される。
このため、偏差信号δＶは、ΔＢＡＴ′−ΔＤＣ′＝−ΔＤＣ′＝（直流中間電圧指令値Ｓdc−実直流中間電圧ＤＣ）となる。
【００８８】
したがって、直流中間電圧指令値Ｓdcよりも実直流中間電圧ＤＣの方が小さいときには、昇降圧チョッパ７は蓄電池８をエネルギ源として昇圧動作を行ない、直流中間電圧を昇圧することによって、直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに維持し、負荷６への電力供給を引き続き行なう。逆に、直流中間電圧指令値Ｓdcよりも実直流中間電圧ＤＣの方が大きいときには、昇降圧チョッパ７は降圧動作を行なって蓄電池８への充電を行なうことにより直流中間電圧の低下を図る。これによって、直流中間電圧は直流中間電圧指令値Ｓdcに維持され、交流電源１が停電状態ではあるが、負荷６への電力供給が継続されることになる。
【００８９】
このように、交流電源１が停電状態であるときには、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを零に制限し、実蓄電電圧を蓄電電圧指令値Ｓbatに一致させるための制御は行なわず、実直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに一致させるための制御のみを行なうため、直流中間電圧を、より確実に直流中間電圧指令値Ｓdcと一致させることができる。
また、非停電状態の場合には、制御用直流中間電圧指令値ＳＡdcではなく、直流中間電圧指令値Ｓdcと、実直流中間電圧ＤＣとが一致するように制御を行なっているため、交流電源１が停電状態となったことに伴い整流器２による直流中間電圧の制御が行なわれない場合であっても、直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに維持することができる。
【００９０】
以上説明したように、交流電源１が非停電状態にある場合、また停電状態にある場合に限らず、実直流中間電圧ＤＣの直流中間電圧指令値Ｓdcからの低下を抑制することができ、低下量を低減することができるため、この場合も、上記第１の実施の形態と同様に、直流中間電圧を直流中間電圧指令値Ｓdcに維持するための直流コンデンサ４の容量を低減することができる。したがって、その分、装置の小型化を図ることができる。
【００９１】
なお、上記第２の実施の形態では、電流センサ５１の検出信号に基づき入力電流の振幅を演算し、これに基づき直流中間電圧が低下するかどうかを予測する場合について説明したが、例えば、入力電流の平均値を演算し、この平均値が通常とり得る平均値を上回るか否かを判断することにより、直流中間電圧が低下するか否かを予測するようにしてもよい。
【００９２】
また、上記各実施の形態においては、無停電電源装置に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、入力される交流電力を直流電力に変換した後、再度交流電力に変換して負荷６に電力供給を行なうモードと、入力される交流電力を用いず蓄電池８の蓄電エネルギを利用して負荷６に電力供給を行なうモードとを備えた電力変換装置であれば適用することができる。
【００９３】
また、蓄電電圧偏差ΔＢＡＴと直流中間電圧偏差ΔＤＣとの偏差に対してＰＩ制御処理を行なう場合について説明したが、これに限るものではなく、例えばＰＩＤ制御等、実検出信号をその目標値に一致させるための制御方法であっても適用することができる。
また、昇降圧回路として図３に示す昇降圧チョッパ７を適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、昇降圧制御信号に応じて昇圧動作と降圧動作とを切り替えて行なうようになっている昇降圧回路であれば適用することができる。
【００９４】
なお、上記実施の形態において、蓄電池８が蓄電手段に対応し、昇降圧チョッパ７が昇降圧回路に対応し、演算器２３、ＰＩ調節器２４、ＰＷＭ信号生成部２５、デッドタイム生成部２６、第１ゲート駆動回路９ａ、第２ゲート駆動回路９ｂが昇降圧制御手段に対応し、電圧センサ１２が直流中間電圧検出手段に対応し、電圧センサ１３が蓄電電圧検出手段に対応し、演算器４３が直流中間電圧偏差演算手段に対応し、演算器２１が蓄電電圧偏差演算手段に対応している。
【００９５】
また、第１の実施の形態において、モード判定部３１で実直流中間電圧ＤＣが制御用直流中間電圧指令値ＳＡdc（制限開始電圧）を下回ることを検出したときに上限値選択部３２で上限値Ｈｂを選択させ、これに応じて上限リミッタ２２で蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを上限値Ｈｂに制限する処理が第１の制限手段に対応している。
また、第２の実施の形態において、電流センサ５１が入力電流検出手段に対応し、電流センサ５１の検出信号に基づき振幅演算部５２で演算した入力電流振幅Ｗｉが振幅指令値ＳＷｉ（制限開始電流）以上であるときに上限値選択部３２で上限値Ｈｂを選択させ、これに応じて上限リミッタ２２で蓄電電圧偏差ΔＢＡＴを上限値Ｈｂに制限する処理が第２の制限手段に対応している。
【符号の説明】
【００９６】
１ 交流電源
２ 整流器
３ 直流中間回路
４ 直流コンデンサ
５ インバータ
６ 負荷
７ 昇降圧チョッパ
７ａ 第１トランジスタ
７ｂ 第２トランジスタ
８ 蓄電池
９ チョッパ制御回路
９ａ 第１ゲート駆動回路
９ｂ 第２ゲート駆動回路
１０ 電圧センサ
１１ 停電検出器
１２、１３ 電圧センサ
２２ 上限リミッタ
３１ モード判定部
３２ 上限値選択部
５１ 電流センサ
５２ 振幅演算部
５３ 整流器状態判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源入力を直流電力に変換する整流器と、
前記直流電力を交流電力に変換して負荷供給用の交流電力を生成しこの負荷供給用の交流電力を負荷に供給するインバータと、
前記直流電力を蓄電する蓄電手段と、
前記整流器と前記インバータとの間に接続され、入力される制御信号に応じて昇圧又は降圧動作を行い、前記整流器と前記インバータとの間の直流中間電圧を降圧して前記蓄電手段への充電を行なうと共に前記蓄電手段の蓄電エネルギを利用して前記直流中間電圧を昇圧する昇降圧回路と、を備えた電力変換装置であって、
前記直流中間電圧を検出する直流中間電圧検出手段と、
前記蓄電手段の蓄電電圧を検出する蓄電電圧検出手段と、
前記直流中間電圧の目標値と前記直流中間電圧検出手段で検出される実直流中間電圧との偏差を演算する直流中間電圧偏差演算手段と、
前記蓄電手段の蓄電電圧の目標値と前記蓄電電圧検出手段で検出される実蓄電電圧との偏差を演算する蓄電電圧偏差演算手段と、
前記直流中間電圧偏差演算手段で演算される直流中間電圧偏差と前記蓄電電圧偏差演算手段で演算される蓄電電圧偏差とからこれらの偏差を演算し、この偏差が零となるように前記制御信号を生成する昇降圧制御手段と、を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記昇降圧制御手段は、前記交流電源入力が予め設定したしきい値以上であり且つ前記実直流中間電圧が予め設定した制限開始電圧より小さいときに、前記蓄電電圧偏差演算手段で演算された蓄電電圧偏差の最大値を制限する第１の制限手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記昇降圧制御手段は、
前記整流器への入力電流を検出する入力電流検出手段と、
前記交流電源入力が予め設定したしきい値以上であり且つ前記入力電流検出手段で検出される実入力電流が予め設定した制限開始電流以上であるときに、前記蓄電電圧偏差演算手段で演算された蓄電電圧偏差の最大値を制限する第２の制限手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記インバータは、前記交流電源入力が予め設定したしきい値より小さいときには前記蓄電手段の蓄電エネルギを利用して前記負荷供給用の交流電力を生成するようになっている電力変換装置であって、
前記交流電源入力が前記しきい値以上であるときには、前記整流器において前記直流電力に変換するときの直流電圧変換目標値から予め設定した規定値を減算した値を、前記直流中間電圧の目標値とし、
前記交流電源入力が前記しきい値よりも小さいときには、前記直流電圧変換目標値を前記直流中間電圧の目標値とすることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記昇降圧制御手段は、前記直流中間電圧偏差と前記蓄電電圧偏差との偏差に対して比例−積分制御処理を行なって前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記交流電源入力のしきい値は、前記交流電源に停電が生じたとみなすことの可能な値に設定されることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１】
交流電源入力を直流電力に変換する整流器と、
前記直流電力を交流電力に変換して負荷供給用の交流電力を生成しこの負荷供給用の交流電力を負荷に供給するインバータと、
前記直流電力を蓄電する蓄電手段と、
前記整流器と前記インバータとの間に接続され、入力される制御信号に応じて昇圧又は降圧動作を行い、前記整流器と前記インバータとの間の直流中間電圧を降圧して前記蓄電手段への充電を行なうと共に前記蓄電手段の蓄電エネルギを利用して前記直流中間電圧を昇圧する昇降圧回路と、を備えた電力変換装置であって、
前記直流中間電圧を検出する直流中間電圧検出手段と、
前記蓄電手段の蓄電電圧を検出する蓄電電圧検出手段と、
前記直流中間電圧の目標値と前記直流中間電圧検出手段で検出される実直流中間電圧との偏差を演算する直流中間電圧偏差演算手段と、
前記蓄電手段の蓄電電圧の目標値と前記蓄電電圧検出手段で検出される実蓄電電圧との偏差を演算する蓄電電圧偏差演算手段と、
前記直流中間電圧偏差演算手段で演算される直流中間電圧偏差と前記蓄電電圧偏差演算手段で演算される蓄電電圧偏差とからこれらの偏差を演算し、この偏差が零となるように前記制御信号を生成する昇降圧制御手段と、を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記昇降圧制御手段は、前記交流電源入力が予め設定したしきい値以上であり且つ前記実直流中間電圧が予め設定した制限開始電圧より小さいときに、前記蓄電電圧偏差演算手段で演算された蓄電電圧偏差の最大値を制限する第１の制限手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記昇降圧制御手段は、
前記整流器への入力電流を検出する入力電流検出手段と、
前記交流電源入力が予め設定したしきい値以上であり且つ前記入力電流検出手段で検出される実入力電流が予め設定した制限開始電流以上であるときに、前記蓄電電圧偏差演算手段で演算された蓄電電圧偏差の最大値を制限する第２の制限手段を備えることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記インバータは、前記交流電源入力が予め設定したしきい値より小さいときには前記蓄電手段の蓄電エネルギを利用して前記負荷供給用の交流電力を生成するようになっている電力変換装置であって、
前記交流電源入力が前記しきい値以上であるときには、前記整流器において前記直流電力に変換するときの直流電圧変換目標値から予め設定した規定値を減算した値を、前記直流中間電圧の目標値とし、
前記交流電源入力が前記しきい値よりも小さいときには、前記直流電圧変換目標値を前記直流中間電圧の目標値とすることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記昇降圧制御手段は、前記直流中間電圧偏差と前記蓄電電圧偏差との偏差に対して比例−積分制御処理を行なって前記制御信号を生成することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記交流電源入力のしきい値は、前記交流電源に停電が生じたとみなすことの可能な値に設定されることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１７２１０５（Ｐ２０１０−１７２１０５Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１９４１（Ｐ２００９−１１９４１）
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
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