特開 2024-113339 無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113339

(43)【公開日】2024-08-22

(54)【発明の名称】無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20240815BHJP

【ＦＩ】

H02J9/06 120

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018242

(22)【出願日】2023-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山口 喜義

(72)【発明者】

【氏名】松岡 一正

【テーマコード（参考）】

5G015

【Ｆターム（参考）】

5G015FA13

5G015GA03

5G015HA13

5G015JA09

5G015JA23

5G015JA34

5G015JA52

(57)【要約】

【課題】無停電電源装置において、商用交流電源の過電圧発生に伴って商用給電からインバータ給電に切り換えたときの出力電圧の変動を抑制する。
【解決手段】無停電電源装置１００は、商用交流電源１の正常時、交流入力電圧をスイッチ１０を介して負荷２に供給する商用給電を実行し、商用交流電源１の停電又は過電圧の発生時には、スイッチ１０をオフし、双方向コンバータ１２が電力貯蔵装置３の直流電圧を交流出力電圧に変換して負荷２に供給するインバータ給電に移行する。商用交流電源１の停電又は過電圧の発生時には、制御装置１６は、出力電圧指令値に対する交流出力電圧の偏差を補償するための制御演算により、双方向コンバータ１２の制御指令を生成する。制御装置１６は、商用交流電源１の過電圧が発生したときには、商用交流電源１の停電が発生したときに比べて、交流出力電圧の変化に対する制御指令の変化を小さくする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

商用交流電源と負荷との間に接続される無停電電源装置であって、
前記商用交流電源から交流入力電圧を受ける入力端子と、
前記負荷に接続される出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子との間に接続されるスイッチと、
前記出力端子と電力貯蔵装置との間に接続される双方向コンバータと、
前記スイッチおよび前記双方向コンバータを制御する制御装置とを備え、
前記無停電電源装置は、前記商用交流電源の正常時には、前記スイッチをオンし、前記交流入力電圧を前記スイッチを介して前記負荷に供給する商用給電を実行し、前記商用交流電源の停電または過電圧が発生したことに応じて、前記スイッチをオフし、前記双方向コンバータが前記電力貯蔵装置の直流電圧を交流出力電圧に変換して前記負荷に供給するインバータ給電に移行するように構成され、
前記商用交流電源の停電または過電圧が発生したときには、前記制御装置は、出力電圧指令値に対する前記交流出力電圧の偏差を補償するための制御演算を実行することにより、前記双方向コンバータの制御指令を生成するように構成され、
前記制御装置は、前記商用交流電源の過電圧が発生したときには、前記商用交流電源の停電が発生したときに比べて、前記交流出力電圧の変化に対する前記制御指令の変化を小さくする、無停電電源装置。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記交流入力電圧が前記商用交流電源の定格電圧に基づく目標電圧よりも低いときには、前記出力電圧指令値を前記目標電圧に設定し、
前記交流入力電圧が前記目標電圧を超えたときには、前記出力電圧指令値を前記交流入力電圧に設定するとともに、前記商用交流電源の過電圧が発生して前記交流入力電圧が上限値を超えたことに応じて、前記出力電圧指令値を前記上限値に設定し、
前記商用交流電源の過電圧が発生したことに応じて前記スイッチがオフされたときには、前記出力電圧指令値を前記目標電圧まで低下させる、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項3】

前記制御装置は、
前記交流入力電圧が前記商用交流電源の定格電圧に基づく目標電圧よりも低いときには、前記出力電圧指令値を前記目標電圧に設定し、
前記交流入力電圧が前記目標電圧を超えたときには、前記出力電圧指令値を前記交流入力電圧に設定し、
前記商用交流電源の過電圧が発生したときには、前記スイッチをオフされるまでの切換時間の終了後に前記目標電圧に到達するように前記出力電圧指令値を低下させる、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記交流入力電圧に対して平均化処理を施すように構成され、
前記交流入力電圧が前記目標電圧を超えたときには、前記平均化処理後の前記交流入力電圧を前記交流入力電圧に設定する、請求項２または３に記載の無停電電源装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記無停電電源装置の電圧整定時間内に前記交流出力電圧が前記商用交流電源の許容電圧範囲内に収まるように、前記出力電圧指令値を低下させる、請求項２または３に記載の無停電電源装置。

【請求項6】

前記制御装置は、前記偏差を比例積分演算することによって前記制御指令を生成するように構成され、
前記制御装置は、前記商用交流電源の停電が発生したときには、第１の比例ゲインを用いて前記比例積分演算を実行し、
前記商用交流電源の過電圧が発生したときには、前記第１の比例ゲインよりも低い第２の比例ゲインを用いて前記比例積分演算を実行する、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項7】

前記制御装置は、前記商用交流電源が過電圧状態から復電したときには、前記第２の比例ゲインを前記第１の比例ゲインに変更する、請求項６に記載の無停電電源装置。

【請求項8】

前記制御装置は、前記偏差を比例積分演算することによって前記制御指令を生成するように構成され、
前記商用交流電源の停電が発生したときには、第１の比例ゲインおよび第１の積分ゲインを用いて前記比例積分演算を実行し、
前記商用交流電源の過電圧が発生したときには、前記第１の比例ゲインよりも低い第２の比例ゲインと、前記第１の積分ゲインよりも低い第２の積分ゲインとを用いて前記比例積分演算を実行する、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項9】

前記制御装置は、前記商用交流電源が過電圧状態から復電したときには、前記第２の比例ゲインを前記第１の比例ゲインに変更するとともに、前記第２の積分ゲインを前記第１の積分ゲインに変更する、請求項８に記載の無停電電源装置。

【請求項10】

商用交流電源と負荷との間に接続される無停電電源装置の制御方法であって、
前記無停電電源装置は、
前記商用交流電源から交流入力電圧を受ける入力端子と、
前記負荷に接続される出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子との間に接続されるスイッチと、
前記出力端子と電力貯蔵装置との間に接続される双方向コンバータとを含み、
前記制御方法は、
前記商用交流電源の正常時には、前記スイッチをオンし、前記交流入力電圧を前記スイッチを介して前記負荷に供給する商用給電を実行するステップと、
前記商用交流電源の停電または過電圧が発生したことに応じて、前記スイッチをオフし、前記双方向コンバータが前記電力貯蔵装置の直流電圧を交流出力電圧に変換して前記負荷に供給するインバータ給電に移行するステップとを備え、
前記インバータ給電に移行するステップは、出力電圧指令値に対する前記交流出力電圧の偏差を補償するための制御演算を実行することにより、前記双方向コンバータの制御指令を生成するステップを含み、
前記制御指令を生成するステップでは、前記商用交流電源の過電圧が発生したときには、前記商用交流電源の停電が発生したときに比べて、前記交流出力電圧の変化に対する前記制御指令の変化を小さくする、無停電電源装置の制御方法。

【請求項11】

前記制御指令を生成するステップは、
前記交流入力電圧が前記商用交流電源の定格電圧に基づく目標電圧よりも低いときには、前記出力電圧指令値を前記目標電圧に設定するステップと、
前記交流入力電圧が前記目標電圧を超えたときには、前記出力電圧指令値を前記交流入力電圧に設定するとともに、前記商用交流電源の過電圧が発生して前記交流入力電圧が上限値を超えたことに応じて、前記出力電圧指令値を前記上限値に設定するステップと、
前記商用交流電源の過電圧が発生したことに応じて前記スイッチがオフされたときには、前記出力電圧指令値を前記目標電圧まで低下させるステップとを含む、請求項１０に記載の無停電電源装置の制御方法。

【請求項12】

前記制御指令を生成するステップは、
前記交流入力電圧が前記商用交流電源の定格電圧に基づく目標電圧よりも低いときには、前記出力電圧指令値を前記目標電圧に設定するステップと、
前記交流入力電圧が前記目標電圧を超えたときには、前記出力電圧指令値を前記交流入力電圧に設定するステップと、
前記商用交流電源の過電圧が発生したときには、前記スイッチがオフされるまでの切換時間の終了後に前記目標電圧に到達するように前記出力電圧指令値を低下させるステップとを含む、請求項１０に記載の無停電電源装置の制御方法。

【請求項13】

前記制御指令を生成するステップは、前記偏差を比例積分演算するステップを含み、
前記比例積分演算するステップは、前記商用交流電源の停電が発生したときには、第１の比例ゲインを用いて前記比例積分演算を実行し、前記商用交流電源の過電圧が発生したときには、前記第１の比例ゲインよりも低い第２の比例ゲインを用いて前記比例積分演算を実行する、請求項１０に記載の無停電電源装置の制御方法。

【請求項14】

前記制御指令を生成するステップは、前記偏差を比例積分演算するステップを含み、
前記比例積分演算するステップは、前記商用交流電源の停電が発生したときには、第１の比例ゲインおよび第１の積分ゲインを用いて前記比例積分演算を実行し、前記商用交流電源の過電圧が発生したときには、前記第１の比例ゲインよりも低い第２の比例ゲインと、前記第１の積分ゲインよりも低い第２の積分ゲインとを用いて前記比例積分演算を実行する、請求項１０に記載の無停電電源装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特開２００６－１８７０８９号公報（特許文献１）には、パラレルプロセッシング方式による無停電電源装置が開示されている。この無停電電源装置は、商用交流電源の正常時には、商用交流電源から高速スイッチを介して負荷に交流電力を供給する商用給電を行うとともに、双方向コンバータを制御して、商用交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池に充電するように構成されている。そして、この状態で商用交流電源の停電が発生した場合には、高速スイッチをオフして瞬時に商用交流電源を切り離すとともに、双方向コンバータが蓄電池に蓄えられた電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ給電に切り換えることにより、負荷への給電を継続する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６－１８７０８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したパラレルプロセッシング方式の無停電電源装置においては、商用交流電源の停電を補償するために、双方向コンバータの出力電圧と予め定められた電圧指令値との偏差が求められ、この偏差をなくすように双方向コンバータが制御される。

【0005】

したがって、商用交流電源の過電圧が発生した場合においても、停電発生時と同様に、電圧指令値と出力電圧との偏差をなくすように双方向コンバータを制御することによって、過電圧を補償することができる。

【0006】

しかしながら、過電圧を補償するための出力電圧の制御に、停電を補償するための出力電圧の制御を適用した場合には、偏差に対する制御量が過剰となり、インバータ給電への移行するときに出力電圧にアンダーシュートが発生してしまう場合がある。この場合、出力電圧の変動に起因して負荷の動作が不安定になることが懸念される。

【0007】

本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、商用給電およびインバータ給電を切り換え可能に構成された無停電電源装置において、商用交流電源の過電圧発生に伴って商用給電からインバータ給電に切り換えたときの出力電圧の変動を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示のある局面に従う無停電電源装置は、商用交流電源と負荷との間に接続される。無停電電源装置は、商用交流電源から交流入力電圧を受ける入力端子と、負荷に接続される出力端子と、入力端子と出力端子との間に接続されるスイッチと、出力端子と電力貯蔵装置との間に接続される双方向コンバータと、スイッチおよび双方向コンバータを制御する制御装置とを備える。無停電電源装置は、商用交流電源の正常時には、スイッチをオンし、交流入力電圧をスイッチを介して負荷に供給する商用給電を実行する。無停電電源装置は、商用交流電源の停電または過電圧が発生したことに応じて、スイッチをオフし、双方向コンバータが電力貯蔵装置の直流電圧を交流出力電圧に変換して負荷に供給するインバータ給電に移行するように構成される。商用交流電源の停電または過電圧が発生したときには、制御装置は、出力電圧指令値に対する前記交流出力電圧の偏差を補償するための制御演算を実行することにより、双方向コンバータの制御指令を生成するように構成される。制御装置は、商用交流電源の過電圧が発生したときには、商用交流電源の停電が発生したときに比べて、交流出力電圧の変化に対する前記制御指令の変化を小さくする。

【0009】

本開示の他の局面に従う無停電電源装置の制御方法は、商用交流電源と負荷との間に接続される無停電電源装置の制御方法である。無停電電源装置は、商用交流電源から交流入力電圧を受ける入力端子と、負荷に接続される出力端子と、入力端子と出力端子との間に接続されるスイッチと、出力端子と電力貯蔵装置との間に接続される双方向コンバータとを含む。制御方法は、商用交流電源の正常時には、スイッチをオンし、交流入力電圧をスイッチを介して負荷に供給する商用給電を実行するステップと、商用交流電源の停電または過電圧が発生したことに応じて、スイッチをオフし、双方向コンバータが電力貯蔵装置の直流電圧を交流出力電圧に変換して負荷に供給するインバータ給電に移行するステップとを備える。インバータ給電に移行するステップは、出力電圧指令値に対する交流出力電圧の偏差を補償するための制御演算を実行することにより、双方向コンバータの制御指令を生成するステップを含む。制御指令を生成するステップでは、商用交流電源の過電圧が発生したときには、商用交流電源の停電が発生したときに比べて、交流出力電圧の変化に対する制御指令の変化を小さくする。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、商用交流電源の過電圧発生に伴って商用給電からインバータ給電に切り換えたときの無停電電源装置の出力電圧の変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の基礎となる無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図2】無停電電源装置の通常運転時の動作を説明する図である。

【図3】比較例に従うコンバータ制御部の構成を示すブロック図である。

【図4】商用交流電源の停電が発生したときの交流出力電圧の時間的変化を示す波形図である。

【図5】商用交流電源の過電圧が発生したときの交流出力電圧の時間的変化を示す波形図である。

【図6】実施の形態１に従う無停電電源装置の制御装置に含まれるコンバータ制御部の構成を示すブロック図である。

【図7】出力電圧指令生成部における出力電圧指令値の生成処理を説明するための図である。

【図8】出力電圧指令生成部において実行される出力電圧指令値の生成処理の手順の一例を示すフローチャートである。

【図9】実施の形態１に従う無停電電源装置から負荷に供給される交流出力電圧の時間的変化を示す波形図である。

【図10】出力電圧指令生成部における出力電圧指令値の生成処理の変形例を説明するための図である。

【図11】実施の形態２に従う無停電電源装置の制御装置に含まれるコンバータ制御部の構成を示すブロック図である。

【図12】図１１に示した電圧制御部において実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。

【図13】実施の形態２の変形例に従う無停電電源装置の制御装置に含まれるコンバータ制御部の構成を示すブロック図である。

【図14】電圧制御部において実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0013】

［無停電電源装置の構成］
最初に、本開示の基礎となる無停電電源装置について説明する。図１は、本開示の基礎となる無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。無停電電源装置１００は、商用交流電源１または双方向コンバータ１２から供給される三相交流電圧を負荷２に供給するものであるが、図面および説明の簡単化のため、図１では一相に関連する部分のみが示されている。

【0014】

図１に示すように、無停電電源装置１００は、入力端子Ｔ１、出力端子Ｔ２、直流端子Ｔ３、ＶＣＢ（Vacuum Circuit Breaker）４，６，８、高速スイッチ（ＨＳＳ；High Speed Switch）１０、双方向コンバータ１２、双方向チョッパ１４、リアクトルＬ１、コンデンサＣ１，Ｃ２、電流検出器ＣＤ１，ＣＤ２、および制御装置１６を備える。

【0015】

入力端子Ｔ１は、商用交流電源１から供給される商用周波数の交流入力電圧ＶＩを受ける。交流入力電圧ＶＩの瞬時値は、制御装置１６によって検出される。制御装置１６は、交流入力電圧ＶＩが予め定められた下限値ＶＬよりも低下した場合に、商用交流電源１の停電が発生したと判定する。また、制御装置１６は、交流入力電圧ＶＩが予め定められた上限値ＶＨを超えた場合に、商用交流電源１の過電圧が発生したと判定する。

【0016】

出力端子Ｔ２は、負荷２に接続される。負荷２は、出力端子Ｔ２から供給される交流出力電圧ＶＯによって駆動される。交流出力電圧ＶＯの瞬時値は、制御装置１６によって検出される。

【0017】

直流端子Ｔ３は、バッテリ３に接続される。バッテリ３は直流電力を蓄える。バッテリ３は「電力貯蔵装置」の一実施例に対応する。電力貯蔵装置は、バッテリ３に代えて、コンデンサであってもよい。直流端子Ｔ３の直流電圧ＶＢ（バッテリ３の端子間電圧に相当）は、制御装置１６によって検出される。

【0018】

ＶＣＢ４、ＨＳＳ１０、およびＶＣＢ６は、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に直列に接続される。ＶＣＢ４およびＶＣＢ６は、無停電電源装置１００の通常運転時にオンされ、例えば、ＨＳＳ１０のメンテナンス時（保守バイパス給電時）にオフされる。

【0019】

ＨＳＳ１０は、例えば半導体スイッチング素子によって構成され、制御装置１６によって制御される。ＨＳＳ１０は、商用交流電源１が正常である場合にはオンされ、商用交流電源１が正常でない場合（停電時または過電圧時）にはオフされる。ＨＳＳ１０は「スイッチ」の一実施例に対応する。

【0020】

ＶＣＢ８は、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ２との間に接続される。ＶＣＢ８は、無停電電源装置１００の通常運転時にオフされ、例えば保守バイパス給電時にオンされる。ＶＣＢ８がオンされると、商用交流電源１からＶＣＢ８を介して負荷２に交流入力電圧ＶＩが供給され、負荷２が運転される。

【0021】

双方向コンバータ１２の交流端子１２ａは、リアクトルＬ１を介して、ＨＳＳ１０およびＶＣＢ６間のノードＮ１に接続される。双方向コンバータ１２の直流端子１２ｂは、直流ライン１３に接続される。双方向コンバータ１２は、複数の半導体スイッチング素子および複数のダイオードを含む周知のものであり、制御装置１６により、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御される。双方向コンバータ１２に含まれる各半導体スイッチング素子を所定のスイッチング周波数でオンおよびオフさせることにより、交流電力を直流電力に変換したり、逆に、直流電力を交流電力に変換することが可能となっている。

【0022】

リアクトルＬ１およびコンデンサＣ１は、交流フィルタを構成する。交流フィルタは、低域通過フィルタであり、商用周波数の電流を通過させ、双方向コンバータ１２で発生するスイッチング周波数の電流を遮断する。換言すると、交流フィルタは、双方向コンバータ１２の出力電圧を正弦波状の交流電圧に変換する。

【0023】

コンデンサＣ２は、直流ライン１３に接続され、直流ライン１３の直流電圧ＶＤを平滑化および安定化させる。直流ライン１３の直流電圧ＶＤの瞬時値は、制御装置１６によって検出される。

【0024】

双方向チョッパ１４は、直流ライン１３と直流端子Ｔ３との間に接続される。双方向チョッパ１４は、制御装置１６によって制御され、直流ライン１３とバッテリ３との間で直流電力を授受する。双方向チョッパ１４は、複数の半導体スイッチング素子および複数のダイオードを含む周知のものである。

【0025】

電流検出器ＣＤ１は、ＨＳＳ１０に流れる交流電流Ｉｉを検出し、その検出値を示す信号Ｉｉｆを制御装置１６に与える。電流検出器ＣＤ２は、リアクトルＬ１に流れる交流電流ＩＬを検出し、その検出値を示す信号ＩＬｆを制御装置１６に与える。

【0026】

制御装置１６は、交流電圧ＶＩ，ＶＯ、直流電圧ＶＤ，ＶＢ、電流検出器ＣＤ１の出力信号Ｉｉｆ、および電流検出器ＣＤ２の出力信号ＩＬｆなどに基づいて、無停電電源装置１００全体を制御する。制御装置１６は、代表的には、所定のプログラムが予め記憶されたマイクロコンピュータによって構成することができる。例えば、制御装置１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリおよび入出力回路を含むように構成される。メモリの一部領域にはプログラムが予め格納されており、ＣＰＵが当該プログラムを実行することで、図１に示される機構を実現することができる。なお、制御装置１６の少なくとも一部をＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）およびＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの回路を用いて構成してもよい。

【0027】

制御装置１６は、停電／過電圧検出部２０、スイッチ制御部２２、コンバータ制御部２４、およびチョッパ制御部２６を含む。

【0028】

停電／過電圧検出部２０は、商用交流電源１から供給される交流入力電圧ＶＩに基づいて、商用交流電源１の停電または過電圧が発生しているか否かを検出し、その検出結果を示す停電検出信号ＤＵおよび過電圧検出信号ＤＯをスイッチ制御部２２、コンバータ制御部２４およびチョッパ制御部２６に出力する。

【0029】

具体的には、停電／過電圧検出部２０は、交流入力電圧ＶＩが下限値ＶＬよりも高く、かつ上限値ＶＨよりも低い場合には、商用交流電源１が正常であると判定し、停電検出信号ＤＵおよび過電圧検出信号ＤＯを非活性化レベルのＨ（論理ハイ）レベルにする。一方、停電／過電圧検出部２０は、交流入力電圧ＶＩが下限値ＶＬよりも低い場合には、商用交流電源１の停電が発生したと判定し、停電検出信号ＤＵを活性化レベルのＬ（論理ロー）レベルにする。また、停電／過電圧検出部２０は、交流入力電圧ＶＩが上限値ＶＨよりも高い場合には、商用交流電源１の過電圧が発生したと判定し、過電圧検出信号ＤＯを活性化レベルの「Ｌ」レベルにする。

【0030】

スイッチ制御部２２は、停電検出信号ＤＵおよび過電圧検出信号ＤＯに基づいて、ＨＳＳ１０のオンオフを制御する。具体的には、スイッチ制御部２２は、商用交流電源１が正常である場合（ＤＵ＝ＤＯ＝Ｈ）には、ＨＳＳ１０をオンさせることにより、商用給電を実行させる。商用給電では、商用交流電源１からＶＣＢ４、ＨＳＳ１０、およびＶＣＢ６を介して負荷２に交流電力が供給され、負荷２が運転される。

【0031】

また、スイッチ制御部２２は、商用交流電源１の停電が発生した場合（ＤＵ＝Ｌ）、または商用交流電源１の過電圧が発生した場合（ＤＯ＝Ｌ）には、ＨＳＳ１０をオフさせることにより、商用交流電源１と負荷２とを電気的に切り離す。この場合、インバータ給電が実行される。インバータ給電時には、バッテリ３から双方向チョッパ１４および双方向コンバータ１２を介して負荷２に交流電力が供給される。したがって、バッテリ３に直流電力が蓄えられている限り、負荷２の運転を継続することができる。

【0032】

コンバータ制御部２４は、停電検出信号ＤＵ、過電圧検出信号ＤＯ、交流出力電圧ＶＯ、直流電圧ＶＤ、および電流検出器ＣＤ１，ＣＤ２の出力信号Ｉｉｆ，ＩＬｆなどに基づいて、双方向コンバータ１２を制御する。具体的には、商用給電時には、商用交流電源１からの交流電力がＶＣＢ４、ＨＳＳ１０およびＶＣＢ６を介して双方向コンバータ１２に供給される。双方向コンバータ１２は、交流出力電圧ＶＯを直流電圧ＶＤに変換して直流ライン１３に出力する。コンバータ制御部２４は、直流ライン１３の直流電圧ＶＤが直流電圧指令値ＶＤＲになるように、交流出力電圧ＶＯに同期して双方向コンバータ１２を制御する。

【0033】

また、インバータ給電時には、双方向コンバータ１２は、バッテリ３から双方向チョッパ１４および直流ライン１３を介して供給される直流電圧ＶＤを交流出力電圧ＶＯに変換して負荷２に供給する。コンバータ制御部２４は、交流出力電圧ＶＯが出力電圧指令値ＶＲＥＦになるように双方向コンバータ１２を制御する。

【0034】

チョッパ制御部２６は、停電検出信号ＤＵ、過電圧検出信号ＤＯ、および直流電圧ＶＤ，ＶＢなどに基づいて、双方向チョッパ１４を制御する。具体的には、商用給電時には、双方向チョッパ１４は、双方向コンバータ１２から直流ライン１３を介して供給される直流電力をバッテリ３に蓄える。チョッパ制御部２６は、直流端子Ｔ３の直流電圧ＶＢがバッテリ電圧指令値ＶＢＲになるように双方向チョッパ１４を制御する。

【0035】

また、インバータ給電時には、双方向チョッパ１４は、バッテリ３の直流電圧ＶＢを直流電圧ＶＤに変換して直流ライン１３に出力する。チョッパ制御部２６は、直流ライン１３の直流電圧ＶＤが直流電圧指令値ＶＤＲになるように双方向チョッパ１４を制御する。

【0036】

［無停電電源装置の動作］
次に、図２を参照して、無停電電源装置１００の通常運転時の動作について説明する。通常運転時には、ＶＣＢ４，６はオンされ、ＶＣＢ８はオフされている。図２には、無停電電源装置１００から負荷２に供給される電力の流れが矢印で示されている。

【0037】

商用交流電源１が正常である場合（ＤＵ＝ＤＯ＝Ｈ）には、商用給電が実行される。商用給電時には、図２（Ａ）に示すように、ＨＳＳ１０がオンされ、商用交流電源１からＶＣＢ４、ＨＳＳ１０およびＶＣＢ６を介して負荷２に交流電力が供給され、負荷２が運転される。

【0038】

また、商用交流電源１からＶＣＢ４およびＨＳＳ１０を介して双方向コンバータ１２に交流電力が供給され、その交流電力が双方向コンバータ１２によって直流電力に変換されて直流ライン１３に供給される。この直流電力は双方向チョッパ１４によってバッテリ３に蓄えられる。このとき、直流ライン１３の直流電圧ＶＤは直流電圧指令値ＶＤＲに維持される。

【0039】

商用給電中に商用交流電源１の停電または過電圧が発生した場合（ＤＵまたはＤＯ＝Ｌ）には、インバータ給電に移行する。インバータ給電時には、図２(Ｂ）に示すように、ＨＳＳ１０が瞬時にオフされ、商用交流電源１と負荷２とが電気的に切り離される。

【0040】

同時に、バッテリ３の直流電力が双方向チョッパ１４によって直流ライン１３に供給される。そして、その直流電力が双方向コンバータ１２によって交流電力に変換されて負荷２に供給され、負荷２の運転が継続される。このとき、出力端子Ｔ２の交流出力電圧ＶＯは、商用周波数の出力電圧指令値ＶＲＥＦに維持される。

【0041】

インバータ給電中に商用交流電源１が復電した場合には、再びＨＳＳ１０がオンされ、商用給電が実行される。この場合、制御装置１６は、双方向コンバータ１２を制御して、交流出力電圧ＶＯの位相及び周波数を交流入力電圧ＶＩの位相および周波数にそれぞれ一致させた後に、ＨＳＳ１０をオンさせる。これにより、交流出力電圧ＶＯが変動して負荷２の動作が不安定になることを防止することができる。

【0042】

また、商用交流電源１からの交流電力が、双方向コンバータ１２および双方向チョッパ１４によって直流電力に変換されてバッテリ３に蓄えられる。したがって、無停電電源装置１００によれば、商用交流電源１の停電や過電圧が発生した場合でも負荷２の運転を継続することができる。

【0043】

［無停電電源装置の問題点］
次に、無停電電源装置１００の問題点について説明する。

【0044】

上述したように、商用交流電源１の停電または過電圧が発生した場合には、ＨＳＳ１０を瞬時にオフするとともに、バッテリ３の直流電力を交流電力に変換するように、双方向チョッパ１４および双方向コンバータ１２を制御することによって、無停電電源装置１００が商用給電からインバータ給電に移行する。

【0045】

このとき、コンバータ制御部２４は、交流出力電圧ＶＯが出力電圧指令値ＶＲＥＦになるように双方向コンバータ１２を制御する。この出力電圧指令値ＶＲＥＦは、商用交流電源１の定格電圧ＶＲに基づいて予め設定された、交流出力電圧ＶＯの目標電圧に対応する。なお、停電／過電圧検出部２０における上限値ＶＨおよび下限値ＶＬは、この定格電圧ＶＲ（目標電圧）に対して±１０％程度となるように定められた許容電圧範囲の上限値および下限値にそれぞれ対応している。

【0046】

具体的には、コンバータ制御部２４は、出力電圧指令値ＶＲＥＦに対する交流出力電圧ＶＯの偏差ΔＶＯ＝ＶＲＥＦ－ＶＯを求め、求めた偏差ΔＶＯを制御演算（例えば、比例積分演算）することにより、双方向コンバータ１２の制御指令である電圧指令値を生成する。そして、コンバータ制御部２４は、生成した電圧指令値を用いて双方向コンバータ１２を制御する。

【0047】

図３は、比較例に従うコンバータ制御部２４の構成を示すブロック図である。図３に示すように、比較例に従うコンバータ制御部２４は、直流ライン１３の直流電圧ＶＤを制御するための直流電圧制御部２４０と、交流出力電圧ＶＯを制御するための交流電圧制御部２４２とを含んで構成される。

【0048】

直流電圧制御部２４０は、直流電圧指令生成部３０と、減算器３２，３６と、電圧制御部３４と、電流制御部３８とを含む。直流電圧指令生成部３０は、直流電圧ＶＤの目標電圧である直流電圧指令値ＶＤＲを生成する。減算器３２は、直流電圧指令値ＶＤＲと直流電圧ＶＤとの偏差ΔＶＤ＝ＶＤＲ－ＶＤを求める。

【0049】

電圧制御部３４は、減算器３２によって求められる偏差ΔＶＤがなくなるように電流指令値Ｉｃ１を生成する。減算器３６は、電流指令値Ｉｃ１と、電流検出器ＣＤ２の出力信号ＩＬｆによって示される交流電流ＩＬとの偏差ΔＩＬ＝Ｉｃ１－ＩＬｆを求める。電流制御部３８は、減算器３６によって求められる偏差ΔＩＬがなくなるように電圧指令値Ｖｃ１を生成する。

【0050】

交流電圧制御部２４２は、出力電圧指令生成部４０と、減算器４２，４６と、電圧制御部４４と、電流制御部４８とを含む。

【0051】

出力電圧指令生成部４０は、交流出力電圧ＶＯの目標値である出力電圧指令値ＶＲＥＦを生成する。出力電圧指令値ＶＲＥＦは、商用交流電源１の定格電圧ＶＲに基づいて設定される。減算器４２は、出力電圧指令値ＶＲＥＦと交流出力電圧ＶＯとの偏差ΔＶＯ＝ＶＲＥＦ－ＶＯを求める。

【0052】

電圧制御部４４は、減算器４２によって求められる偏差ΔＶＯがなくなるように電流指令値Ｉｃ２を生成する。電圧制御部４４は、偏差ΔＯに対して比例積分演算を行うＰＩ制御器として構成することができる。具体的には、電圧制御部４４は、比例演算部５０と、積分演算部５２と、加算器５４とを含む。比例演算部５０は、偏差ΔＶＯに対して比例演算を行う。積分演算部５２は、偏差ΔＶＯに対して積分演算を行う。加算器５４は、比例演算結果と積分演算結果とを加算することにより電流指令値Ｉｃ２を生成する。なお、電圧制御部４４は、さらに微分演算を行うＰＩＤ制御器として構成されていてもよい。これにより、出力電圧指令値ＶＲＥＦに等しくなるように交流出力電圧ＶＯがフィードバック制御される。

【0053】

減算器４６は、電流指令値Ｉｃ２と、電流検出器ＣＤ２の出力信号ＩＬｆによって示される交流電流ＩＬとの偏差ΔＩＬ＝Ｉｃ２－ＩＬｆを求める。電流制御部４８は、減算器４６によって求められる偏差ΔＩＬがなくなるように電圧指令値Ｖｃ２を生成する。

【0054】

セレクタ２４４は、停電／過電圧検出部２０から出力される停電検出信号ＤＵおよび過電圧検出信号ＤＯに基づいて、電圧指令値Ｖｃ１および電圧指令値Ｖｃ２の何れかを選択する。具体的には、停電検出信号ＤＵおよび過電圧検出信号ＤＯがともにＨレベルである場合、すなわち、商用交流電源１が正常である場合には、セレクタ２４４は、電圧指令値Ｖｃ１を選択し、選択した電圧指令値Ｖｃ１をＰＷＭ制御部２４６に与える。一方、停電検出信号ＤＵまたは過電圧検出信号ＤＯがＬレベルである場合、すなわち、商用交流電源１の停電または過電圧が発生した場合には、セレクタ２４４は、電圧指令値Ｖｃ２を選択し、選択した電圧指令値Ｖｃ２をＰＷＭ制御部２４６に与える。

【0055】

ＰＷＭ制御部２４６は、セレクタ２４４から与えられる電圧指令値Ｖｃ１またはＶｃ２と、所定周波数の搬送波信号（例えば、三角波信号）との高低を比較し、その比較結果に基づいて双方向コンバータ１２のゲート信号を生成する。このゲート信号によって双方向コンバータ１２を構成する複数の半導体スイッチング素子がオンおよびオフされる。

【0056】

すなわち、商用交流電源１が正常である場合には、双方向コンバータ１２は、電圧指令値Ｖｃ１に基づいて制御されることにより、直流電圧指令値ＶＤＲに等しい直流電圧ＶＤを直流ライン１３に出力することができる。

【0057】

また、商用交流電源１の停電または過電圧が発生した場合には、双方向コンバータ１２は、電圧指令値Ｖｃ２に基づいて制御されることにより、出力電圧指令値ＶＲＥＦに等しい交流出力電圧ＶＯを負荷２に供給することができる。

【0058】

図４は、商用交流電源１の停電が発生したときの交流出力電圧ＶＯの時間的変化を示す波形図である。図４には、商用交流電源１または双方向コンバータ１２から供給される三相の線間電圧の瞬時値が一括して示されている。

【0059】

図４では、時刻ｔ０にて商用交流電源１が正常であり、時刻ｔ０より後の時刻ｔ１にて商用交流電源１の停電が発生している。時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間は、商用給電（図２（Ａ）参照）が実行される。そのため、交流出力電圧ＶＯは、商用交流電源１から供給される交流入力電圧ＶＩに等しくなる。

【0060】

時刻ｔ１にて、交流入力電圧ＶＩが下限値ＶＬよりも低下したことにより商用交流電源１の停電が発生したことが検出されると、制御装置１６は、ＨＳＳ１０をオフして無停電電源装置１００を商用給電からインバータ給電（図２（Ｂ）参照）に切り換える。

【0061】

このとき、ＨＳＳ１０にオフ指令が与えられてからＨＳＳ１０がオフされるまでの時間である切換時間が発生する。この切換時間は図４中の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間であり、通常、数ｍｓから数十ｍｓ程度の長さを有している。切換時間では、商用給電とインバータ給電が並行して実行されるため、商用交流電源１および双方向コンバータ１２の双方から負荷２に交流電圧が供給されることになる。

【0062】

双方向コンバータ１２は、上述したように、商用交流電源１の定格電圧ＶＲに基づいて設定された出力電圧指令値ＶＲＥＦと交流出力電圧ＶＯとの偏差ΔＶＯ＝ＶＲＥＦ－ＶＯを比例積分演算することによって生成された電圧指令値Ｖｕ２に従って制御される。制御開始直後は偏差ΔＶＯが正の値であるため、電圧指令値Ｖｕ２の変化量も正の値となる。

【0063】

そのため、下限値ＶＬよりも低下した交流出力電圧ＶＯは、出力電圧指令値ＶＲＥＦを超えて上昇した後に変動しつつ定格電圧ＶＲに向かって収束する。図４に示すように、切換時間が終了する時刻ｔ２にて交流出力電圧ＶＯが許容電圧範囲内に収まるように双方向コンバータ１２を制御することによって、ＨＳＳ１０がオフされた後の交流出力電圧ＶＯの低下を抑制することができる。これは、切換期間の長さに応じて、交流電圧制御部２４２（図３参照）の電圧制御部４４における比例積分制御の応答速度を決定することで実現することができる。一例として、比例演算部５０の比例ゲインＫｐおよび積分演算部５２の積分ゲインＫｉを大きくすることによって、交流出力電圧ＶＯを迅速に定格電圧ＶＲに近づけることができる。

【0064】

図５は、商用交流電源１の過電圧が発生したときの交流出力電圧ＶＯの時間的変化を示す波形図である。図４と同様に、図５には、商用交流電源１または双方向コンバータ１２から供給される三相の線間電圧の瞬時値が一括して示されている。

【0065】

図５では、時刻ｔ０にて商用交流電源１が正常であり、時刻ｔ０より後の時刻ｔ１にて商用交流電源１の過電圧が発生している。時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間は、商用給電（図２（Ａ）参照）が実行されるため、交流出力電圧ＶＯは、商用交流電源１から供給される交流入力電圧ＶＩに等しくなる。

【0066】

時刻ｔ１にて、交流入力電圧ＶＩが上限値ＶＨを超えたことにより商用交流電源１の過電圧が検出されると、制御装置１６は、ＨＳＳ１０をオフして無停電電源装置１００を商用給電からインバータ給電（図２（Ｂ）参照）に切り換える。

【0067】

図４と同様に、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの切換期間では、商用給電とインバータ給電とが並行して実行される。双方向コンバータ１２は、出力電圧指令値ＶＲＥＦと交流出力電圧ＶＯとの偏差ΔＶＯ＝ＶＲＥＦ－ＶＯを比例積分演算することによって生成された電圧指令値Ｖｕ２に従って制御される。このとき、図４とは対照的に、制御開始直後は偏差ΔＶＯが負の値であるため、電圧指令値Ｖｕ２の変化量は負の値となる。

【0068】

切換時間では、商用交流電源１から供給される交流入力電圧ＶＩが双方向コンバータ１２から出力される交流電圧よりも高いため、交流出力電圧ＶＯは交流入力電圧ＶＩと等しくなる。そして、時刻ｔ２にてＨＳＳ１０がオフされると、交流出力電圧ＶＯは双方向コンバータ１２から出力される交流電圧と等しくなる。すなわち、交流出力電圧ＶＯは、交流入力電圧ＶＩから双方向コンバータ１２の出力電圧に瞬時に切り替わる。

【0069】

図５では、切換時間が終了する時刻ｔ２以降において、交流出力電圧ＶＯには、出力電圧指令値ＶＲＥＦに対するアンダーシュートが発生している。このアンダーシュートの大きさは、偏差ΔＶＯに対する電圧指令値Ｖｕ２の変化量の大きさが大きくなるほど大きくなる。このアンダーシュートの発生によって、切換時間の終了直後に交流出力電圧ＶＯが許容電圧範囲から外れてしまう可能性がある。その結果、負荷２の動作が不安定になることが懸念される。

【0070】

このような交流出力電圧ＶＯのアンダーシュートが生じる原因としては、商用交流電源１の停電を補償する観点から、交流電圧制御部２４２における比例積分制御の応答速度を決定していることが考えられる。すなわち、低下した交流出力電圧ＶＯを切換時間内に定格電圧ＶＲまで速やかに回復させるために、電圧制御部４４における比例積分制御の応答速度を決定したことで、商用交流電源１の過電圧を補償する場合には、却って電圧指令値Ｖｕ２の操作量が過剰となってしまい、交流出力電圧ＶＯのアンダーシュートを生じさせていると考えられる。

【0071】

本開示は、このような商用交流電源１の過電圧を補償するときに発生する交流出力電圧ＶＯのアンダーシュートを抑制することを課題とする。以下の実施の形態１および２では、この課題の解決手段について詳細に説明する。

【0072】

［実施の形態１］
図６は、実施の形態１に従う無停電電源装置１００の制御装置１６に含まれるコンバータ制御部２４Ａの構成を示すブロック図である。実施の形態１に従う無停電電源装置１００は、制御装置１６におけるコンバータ制御部２４Ａの構成を除いて、図１および図３に示した無停電電源装置１００と構成が同じであるため、その図示および説明を省略する。

【0073】

図６に示すように、コンバータ制御部２４Ａは、直流電圧制御部２４０と、交流電圧制御部２４２Ａと、セレクタ２４４と、ＰＷＭ制御部２４６とを含む。コンバータ制御部２４Ａは、図３に示したコンバータ制御部２４に含まれる交流電圧制御部２４２を、交流電圧制御部２４２Ａに置き換えたものである。

【0074】

交流電圧制御部２４２Ａは、出力電圧指令生成部４０Ａと、減算器４２，４６と、電圧制御部４４と、電流制御部４８とを含んで構成される。交流電圧制御部２４２Ａは、図３に示した交流電圧制御部２４２とは、出力電圧指令生成部４０に代えて、出力電圧指令生成部４０Ａを含む点が異なる。

【0075】

出力電圧指令生成部４０Ａは、交流入力電圧ＶＩ、電流検出器ＣＤ１の出力信号Ｉｉｆ、および過電圧検出信号ＤＯを受ける。出力電圧指令生成部４０Ａは、これらの信号に基づいて、出力電圧指令値ＶＲＥＦを生成する。

【0076】

図７は、出力電圧指令生成部４０Ａにおける出力電圧指令値ＶＲＥＦの生成処理を説明するための図である。図７には、商用交流電源１から供給される交流入力電圧ＶＩの時間波形（図中破線に相当）、および出力電圧指令値ＶＲＥＦの時間波形（図中実線に相当）が示されている。ＶＩおよびＶＲＥＦの何れも三相の線間電圧の瞬時値が一括して示されている。

【0077】

図７に示すように、商用交流電源１からの交流入力電圧ＶＩは、時刻ｔａから時刻ｔｃまでの期間、上限値ＶＨよりも低く、時刻ｔｃ以降において上限値ＶＨを超えている。時刻ｔａから時刻ｔｃまでの期間、無停電電源装置１００では、ＨＳＳ１０がオンされて、商用給電（図２（Ａ）参照）が実行される。したがって、交流出力電圧ＶＯは交流入力電圧ＶＩに等しくなる。

【0078】

時刻ｔｃにて、交流入力電圧ＶＩが上限値ＶＨを超えたことにより商用交流電源１の過電圧の発生が検出されると、ＨＳＳ１０がオフされて、無停電電源装置１００は、商用給電からインバータ給電（図２（Ｂ）参照）に切り換えられる。時刻ｔｃから切換時間が経過した時刻ｔｄにてＨＳＳ１０がオフされる。

【0079】

出力電圧指令生成部４０Ａは、交流入力電圧ＶＩに応じて、出力電圧指令値ＶＲＥＦを可変に設定するように構成される。具体的には、出力電圧指令生成部４０Ａは、交流入力電圧ＶＩと商用交流電源１の定格電圧ＶＲ（目標電圧）とを比較する。交流入力電圧ＶＩが定格電圧ＶＲよりも低い場合には、出力電圧指令生成部４０Ａは、出力電圧指令値ＶＲＥＦを定格電圧ＶＲに設定する。

【0080】

一方、交流入力電圧ＶＩが定格電圧ＶＲ以上かつ上限値ＶＨ以下である場合には、出力電圧指令生成部４０Ａは、出力電圧指令値ＶＲＥＦを交流入力電圧ＶＩに等しい電圧に設定する。さらに、交流入力電圧ＶＩが上限値ＶＨを超えた場合、すなわち商用交流電源１の過電圧が発生した場合には、出力電圧指令生成部４０Ａは、出力電圧指令値ＶＲＥＦを上限値ＶＨに設定する。

【0081】

図７の例では、時刻ｔａから時刻ｔｂまでの期間、ＶＩ＜ＶＲであるため、出力電圧指令値ＶＲＥＦは定格電圧ＶＲに設定されている。時刻ｔｂから時刻ｔｃまでの期間はＶＲ≦ＶＩ≦ＶＨであるため、出力電圧指令値ＶＲＥＦは、交流入力電圧ＶＩに一致している。よって、交流入力電圧ＶＩに追従して出力電圧指令値ＶＲＥＦも上昇している。ただし、時刻ｔｃ以降はＶＩ＞ＶＨであるため、出力電圧指令値ＶＲＥＦは上限値ＶＨに設定されている。

【0082】

なお、時刻ｔｂ以降において、交流入力電圧ＶＩが脈動する場合には、交流入力電圧ＶＩに追従して出力電圧指令値ＶＲＥＦも脈動することになり、交流電圧制御部２４２Ａにおける電圧制御が不安定になるおそれがある。したがって、出力電圧指令生成部４０Ａは、交流入力電圧ＶＩに対して平均化処理（例えば、移動平均処理）を施し、平均化処理後の交流入力電圧ＶＩに基づいて出力電圧指令値ＶＲＥＦを生成する構成とすることができる。これによると、電圧制御の安定性を高めることができる。

【0083】

図７に示すように、時刻ｔｄにてＨＳＳ１０がオフされると、出力電圧指令生成部４０Ａは、出力電圧指令値ＶＲＥＦを定格電圧ＶＲまで徐々に低下させる。このときの出力電圧指令値ＶＲＥＦを低下させる速度は、無停電電源装置１００において予め規定されている電圧整定時間を満たすように設定することができる。電圧整定時間とは、交流出力電圧ＶＯが許容電圧範囲を超えてから再び許容電圧範囲内に安定するまでの時間をいう。

【0084】

このような構成とすることにより、出力電圧指令値ＶＲＥＦは、交流入力電圧ＶＩが定格電圧ＶＲ以上となる時刻ｔｂからＨＳＳ１０がオフされる時刻ｔｄまでの期間において、交流入力電圧ＶＩに応じて、定格電圧ＶＲよりも高くかつ上限値ＶＨ以下の電圧となる。

【0085】

減算器４２は、出力電圧指令値ＶＲＥＦと交流出力電圧ＶＯとの偏差ΔＶＯ＝ＶＲＥＦ－ＶＯを求める。出力電圧指令値ＶＲＥＦを交流入力電圧ＶＩに応じて定格電圧ＶＲよりも高くかつ上限値ＶＨ以下としたことにより、図３に示した比較例に比べて、切換時間における偏差ΔＶＯが小さくなる。

【0086】

電圧制御部４４は、減算器４２によって求められる偏差ΔＶＯに対して比例積分演算を行うことにより、電流指令値Ｉｃ２を生成する。減算器４６は、電流指令値Ｉｃ２と、電流検出器ＣＤ２の出力信号ＩＬｆによって示される交流電流ＩＬとの偏差ΔＩＬ＝Ｉｃ２－ＩＬｆを求める。電流制御部４８は、減算器４６によって求められる偏差ΔＩＬがなくなるように電圧指令値Ｖｃ２を生成する。

【0087】

図８は、出力電圧指令生成部４０Ａにおいて実行される出力電圧指令値ＶＲＥＦの生成処理の手順の一例を示すフローチャートである。図８に示すように、ステップ（以下、単に「Ｓ」と表記する）０１により、出力電圧指令生成部４０Ａは、交流入力電圧ＶＩの瞬時値を検出する。Ｓ０２により、出力電圧指令生成部４０Ａは、交流入力電圧ＶＩが商用交流電源１の定格電圧ＶＲ以上であるか否かを判定する。ＶＩ＜ＶＲである場合（Ｓ０２のＮＯ判定時）には、出力電圧指令生成部４０Ａは、Ｓ０８により、出力電圧指令値ＶＲＥＦを定格電圧ＶＲに設定する。

【0088】

一方、ＶＩ≧ＶＲである場合（Ｓ０２のＹＥＳ判定時）には、Ｓ０３により、出力電圧指令生成部４０Ａは、出力電圧指令値ＶＲＥＦを交流入力電圧ＶＩに設定する。次に、Ｓ０４により、出力電圧指令生成部４０Ａは、停電／過電圧検出部２０からの過電圧検出信号ＤＯに基づいて、商用交流電源１の過電圧が発生しているか否かを検出する。商用交流電源１の過電圧が発生していない場合（Ｓ０４のＮＯ判定時）、すなわち、商用交流電源１の交流入力電圧ＶＩが上限値ＶＨを超えていない場合には、出力電圧指令生成部４０Ａは、Ｓ０２に戻り、交流入力電圧ＶＩと定格電圧ＶＲとの比較結果に応じて、出力電圧指令値ＶＲＥＦを交流入力電圧ＶＩまたは定格電圧ＶＲに設定する。

【0089】

これに対して、商用交流電源１の過電圧が発生している場合（Ｓ０４のＹＥＳ判定時）、すなわち、商用交流電源１の交流入力電圧ＶＩが上限値ＶＨを超えている場合には、出力電圧指令生成部４０Ａは、Ｓ０５により、出力電圧指令値ＶＲＥＦを上限値ＶＨに設定する。次いで、出力電圧指令生成部４０Ａは、Ｓ０６により、スイッチ制御部２２によってＨＳＳ１０がオフされているか否かを判定する。Ｓ０６では、例えば、電流検出器ＣＤ１の出力信号Ｉｉｆに基づいて、交流電流Ｉｉが流れているか否か判定される。交流電流Ｉｉが流れている場合にＳ０６がＮＯ判定とされ、交流電流Ｉｉが流れていない場合にＳ０６がＹＥＳ判定とされる。

【0090】

ＨＳＳ１０がオフされていないと判定された場合（Ｓ０６のＮＯ判定時）には、出力電圧指令生成部４０Ａは、Ｓ０２に戻り、出力電圧指令値ＶＲＥＦを交流入力電圧ＶＩまたは定格電圧ＶＲに設定する。一方、ＨＳＳ１０がオフされていると判定された場合（Ｓ０６のＹＥＳ判定時）には、出力電圧指令生成部４０Ａは、Ｓ０７により、出力電圧指令値ＶＲＥＦを低下させる。図７で示したように、出力電圧指令値ＶＲＥＦを低下させる速度は、無停電電源装置１００の電圧整定時間に応じて設定される。

【0091】

Ｓ０８により、出力電圧指令生成部４０Ａは、出力電圧指令値ＶＲＥＦが定格電圧ＶＲに一致しているか否かを判定する。ＶＲＥＦ＞ＶＲとなる場合（Ｓ０８のＮＯ判定時）には、出力電圧指令生成部４０Ａは、Ｓ０７に戻る。ＶＲＥＦ＝ＶＲとなったことに応じて（Ｓ０８のＹＥＳ判定時）には、出力電圧指令生成部４０ＡはＳ０７の処理を停止する。

【0092】

図９は、実施の形態１に従う無停電電源装置１００から負荷２に供給される交流出力電圧ＶＯの時間的変化を示す波形図であって、図５と対比される図である。図５と同様に、図９には、商用交流電源１または双方向コンバータ１２から供給される三相の線間電圧の瞬時値が一括して示されている。

【0093】

図９と図５とを対比すると、実施の形態１では、切換時間が終了した時刻ｔ２以降、交流出力電圧ＶＯは定格電圧ＶＲに向かって徐々に低下しており、アンダーシュートの発生が抑えられていることが分かる。これは、切換時間の間、出力電圧指令値ＶＲＥＦを上限値ＶＨを超えない範囲で交流入力電圧ＶＩに追従して変化させたこと、および、ＨＳＳ１０のオフに応じて出力電圧指令値ＶＲＥＦを徐々に低下させたことによる。これによると、出力電圧指令値ＶＲＥＦを定格電圧ＶＲに固定させる比較例に比べて、切換時間における出力電圧指令値ＶＲＥＦと交流出力電圧ＶＯとの偏差ΔＶＯが小さくなるため、電圧指令値Ｖｕ１の変化量も低減することができる。その結果、交流出力電圧ＶＯの変動を抑制して緩やかに定格電圧ＶＲに戻すことができる。

【0094】

なお、実施の形態１によれば、商用交流電源１の停電が発生した場合には、ＶＩ＜ＶＲとなるため、出力電圧指令生成部４０Ａは、出力電圧指令値ＶＲＥＦを定格電圧ＶＲに設定する。したがって、交流出力電圧ＶＯは、図４に示したように、切換時間が終了する時刻ｔ２にて交流出力電圧ＶＯが許容電圧範囲内に収まるように制御することができる。

【0095】

（変形例）
上述した実施の形態１では、ＨＳＳ１０がオフされたことに応じて、出力電圧指令値ＶＲＥＦを定格電圧ＶＲまで低下させる構成について説明したが、商用交流電源１の過電圧が発生したことに応じて、出力電圧指令値ＶＲＥＦを低下させる構成としてよい。

【0096】

図１０は、出力電圧指令生成部４０Ａにおける出力電圧指令値ＶＲＥＦの生成処理の変形例を説明するための図である。図１０には、図７と同様に、商用交流電源１から供給される交流入力電圧ＶＩの時間波形（図中破線に相当）、および出力電圧指令値ＶＲＥＦの時間波形（図中実線に相当）が示されている。

【0097】

図１０では、時刻ｔａから時刻ｔｂまでの期間、ＶＩ＜ＶＲであるため、出力電圧指令値ＶＲＥＦは定格電圧ＶＲに設定されている。時刻ｔｂ以降はＶＩ≧ＶＲとなるため、出力電圧指令値ＶＲＥＦは、交流入力電圧ＶＩに一致している。

【0098】

時刻ｔｃにて商用交流電源１の過電圧が発生すると、出力電圧指令生成部４０Ａは、出力電圧指令値ＶＲＥＦを定格電圧ＶＲまで徐々に低下させる。図１０の例では、時刻ｔｃから出力電圧指令値ＶＲＥＦを低下させているが、切換時間中に出力電圧指令値ＶＲＥＦの低下を開始してもよい。ただし、図１０に示すように、切換時間の終了後に、出力電圧指令値ＶＲＥＦが定格電圧ＶＲに到達するように、出力電圧指令値ＶＲＥＦを低下させることが好ましい。出力電圧指令値ＶＲＥＦを低下させる速度は、無停電電源装置１００の電圧整定時間を満たすように設定することができる。

【0099】

本変形例では、実施の形態１に比べて、切換時間における出力電圧指令値ＶＲＥＦと交流出力電圧ＶＯとの偏差ΔＶＯが大きくなるものの、出力電圧指令値ＶＲＥＦを定格電圧ＶＲとする比較例よりも偏差ΔＶＯを小さくすることができる。したがって、本変形例においても実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

【0100】

また、本変形例では、実施の形態１に比べて、ＨＳＳ１０がオフされる時刻ｔｄでの偏差ΔＶＯを小さくすることができる。そのため、より速く交流出力電圧ＶＯが定格電圧ＶＲに戻すことができる。

【0101】

［実施の形態２］
図１１は、実施の形態２に従う無停電電源装置１００の制御装置１６に含まれるコンバータ制御部２４Ｂの構成を示すブロック図である。実施の形態２に従う無停電電源装置１００は、制御装置１６におけるコンバータ制御部２４Ｂの構成を除いて、図１および図３に示した無停電電源装置１００と構成が同じであるため、その図示および説明を省略する。

【0102】

図１１に示すように、コンバータ制御部２４Ｂは、直流電圧制御部２４０と、交流電圧制御部２４２Ｂと、セレクタ２４４と、ＰＷＭ制御部２４６とを含む。コンバータ制御部２４Ｂは、図３に示したコンバータ制御部２４に含まれる交流電圧制御部２４２を、交流電圧制御部２４２Ｂに置き換えたものである。

【0103】

交流電圧制御部２４２Ｂは、出力電圧指令生成部４０と、減算器４２，４６と、電圧制御部４４Ｂと、電流制御部４８とを含んで構成される。交流電圧制御部２４２Ｂは、図３に示した交流電圧制御部２４２とは、電圧制御部４４に代えて、電圧制御部４４Ｂを含む点が異なる。

【0104】

電圧制御部４４Ｂは、比例演算部５０Ｌと、比例演算部５０Ｈと、積分演算部５２と、加算器５４と、切換回路５６とを含む。比例演算部５０Ｌ，５０Ｈは、偏差ΔＶＯ＝ＶＲＥＦ－ＶＯに対して比例演算を行う。ただし、比例演算部５０Ｌにおける比例ゲインＫｐＬは、比例演算部５０Ｈにおける比例ゲインＫｐＨよりも小さい（ＫｐＬ＜ＫｐＨ）。

【0105】

積分演算部５２は、偏差ΔＶＯに対して積分演算を行う。加算器５４は、比例演算結果と積分演算結果とを加算することにより電流指令値Ｉｃ２を生成する。

【0106】

切換回路５６は、減算器４２と比例演算部５０Ｌ，５０Ｈとの間に設けられる。切換回路５６は、停電／過電圧検出部２０からの過電圧検出信号ＤＯに基づいて、減算器４２により求められた偏差ΔＶＯを、比例演算部５０Ｌ，５０Ｈの何れか一方に選択的に入力するように構成される。具体的には、過電圧検出信号ＤＯがＨレベルの場合、すなわち、商用交流電源１の過電圧が発生していない場合には、切換回路５６は、偏差ΔＶＯを比例演算部５０Ｈに入力する。過電圧検出信号ＤＯがＬレベルの場合、すなわち、商用交流電源１の過電圧が発生している場合には、切換回路５６は、偏差ΔＶＯを比例演算部５０Ｌに入力する。

【0107】

これによると、商用交流電源１が正常である場合、または、商用交流電源１の停電が発生している場合には、比例演算部５０Ｈにて偏差ΔＶＯに対する比例演算が実行され、この比例演算結果と積分演算部５２による積分演算結果とに基づいて、電流指令値Ｉｃ２が生成される。比例ゲインＫｐＨは、切換期間内に交流出力電圧ＶＯが許容電圧範囲内に収まるように設定することができる。

【0108】

一方、商用交流電源１の過電圧が発生している場合には、比例演算部５０Ｌにて偏差ΔＶＯに対する比例演算が実行され、この比例演算結果と積分演算部５２による積分演算結果とに基づいて、電流指令値Ｉｃ２が生成される。比例ゲインＫｐＬは、例えば、比例ゲインＫｐＨの１／２～１／４程度の大きさに設定することができる。

【0109】

このように実施の形態２では、交流電圧制御部２４２Ｂは、出力電圧指令値ＶＲＥＦを定格電圧ＶＲに固定する一方で、偏差ΔＶＯの比例演算に用いる比例ゲインＫｐを、商用交流電源１の過電圧状態において一時的にＫｐＨからＫｐＬに低下させるように構成されている。

【0110】

これによると、商用交流電源１の過電圧が発生しているときには、過電圧が発生していないときに比べて、偏差ΔＶＯに対する電圧指令値Ｖｕ２の変化量が小さくなるため、切換時間の終了直後における交流出力電圧ＶＯのアンダーシュートを抑制することが可能となる。また、商用交流電源１の停電が発生しているときには、高い比例ゲインＫｐＨを用いて比例演算が行われるため、偏差ΔＶＯに対する電圧指令値Ｖｕ２の変化量を大きくして、速やかに交流出力電圧ＶＯを定格電圧ＶＲまで回復させることができる。

【0111】

図１２は、図１１に示した電圧制御部４４Ｂにおいて実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。図１２に示すように、Ｓ１１により、電圧制御部４４Ｂは、停電／過電圧検出部２０からの過電圧検出信号ＤＵに基づいて、商用交流電源１の過電圧が発生しているか否かを検出する。商用交流電源１の過電圧が発生していない場合（Ｓ１１のＮＯ判定時）、すなわち、商用交流電源１の交流入力電圧ＶＩが上限値ＶＨを超えていない場合には、電圧制御部４４Ｂは、Ｓ１４により、比例ゲインＫｐＨを選択する。電圧制御部４４Ｂは、選択した比例ゲインＫｐＨを用いて比例演算を行い、この比例演算結果と積分演算結果とに基づいて、電流指令値Ｉｃ２を生成する。

【0112】

これに対して、商用交流電源１の過電圧が発生している場合（Ｓ１１のＹＥＳ判定時）、すなわち、商用交流電源１の交流入力電圧ＶＩが上限値ＶＨを超えている場合には、電圧制御部４４Ｂは、Ｓ１２により、比例ゲインＫｐＨよりも低い比例ゲインＫｐＬを選択する。電圧制御部４４Ｂは、選択した比例ゲインＫｐＬを用いて比例演算を行い、この比例演算結果と積分演算結果とに基づいて、電流指令値Ｉｃ２を生成する。

【0113】

電圧制御部４４Ｂは、Ｓ１３により、商用交流電源１が過電圧状態から正常状態に復旧（復電）したか否かを判定する。過電圧検出信号ＤＵがＬレベルからＨレベルに遷移した場合にはＳ１３がＹＥＳ判定とされる。

【0114】

商用交流電源１が過電圧状態である場合（Ｓ１３のＮＯ判定時）には、電圧制御部４４Ｂは、Ｓ１２に戻り、比例ゲインＫｐＬを選択する。商用交流電源１が復電した場合（Ｓ１３のＹＥＳ判定時）には、電圧制御部４４Ｂは、Ｓ１４により、比例ゲインＫｐＨを選択する。電圧制御部４４Ｂは、選択した比例ゲインＫｐＨを用いて比例演算を行い、この比例演算結果と積分演算結果とに基づいて、電流指令値Ｉｃ２を生成する。

【0115】

（変形例）
上述した実施の形態２では、商用交流電源１が過電圧状態である場合には、出力電圧指令値ＶＲＥＦと交流出力電圧ＶＯとの偏差ΔＶＯに対する比例演算に用いる比例ゲインＫｐを一時的に低下させる構成について説明したが、比例ゲインＫｐの低下に合わせて、積分演算に用いる積分ゲインＫｉを低下させる構成としてもよい。

【0116】

図１３は、実施の形態２の変形例に従う無停電電源装置１００の制御装置１６に含まれるコンバータ制御部２４Ｃの構成を示すブロック図である。図１３に示すように、コンバータ制御部２４Ｃは、直流電圧制御部２４０と、交流電圧制御部２４２Ｃと、セレクタ２４４と、ＰＷＭ制御部２４６とを含む。コンバータ制御部２４Ｃは、図１１に示したコンバータ制御部２４Ｂに含まれる交流電圧制御部２４２Ｂを、交流電圧制御部２４２Ｃに置き換えたものである。

【0117】

交流電圧制御部２４２Ｃは、出力電圧指令生成部４０と、減算器４２，４６と、電圧制御部４４Ｃと、電流制御部４８とを含んで構成される。交流電圧制御部２４２Ｃは、図１１に示した交流電圧制御部２４２Ｂとは、電圧制御部４４Ｂに代えて、電圧制御部４４Ｃを含む点が異なる。

【0118】

電圧制御部４４Ｃは、比例演算部５０Ｌと、比例演算部５０Ｈと、積分演算部５２Ｌと、積分演算部５２Ｈと、加算器５４と、切換回路５６，５８とを含む。電圧制御部４４Ｃは、電圧制御部４４Ｂとは、積分演算部５２に代えて、積分演算部５２Ｌ，５２Ｈおよび切換回路５８を有する点が異なる。

【0119】

積分演算部５２Ｌ，５２Ｈは、偏差ΔＶＯ＝ＶＲＥＦ－ＶＯに対して積分演算を行う。ただし、積分演算部５２ＬにおけるゲインＫｉＬは、積分演算部５２ＨにおけるゲインＫｉＨよりも小さい（ＫｉＬ＜ＫｉＨ）。

【0120】

切換回路５８は、減算器４２と積分演算部５２Ｌ，５２Ｈとの間に設けられる。切換回路５８は、停電／過電圧検出部２０からの過電圧検出信号ＤＯに基づいて、減算器４２により求められた偏差ΔＶＯを、積分演算部５２Ｌ，５２Ｈの何れか一方に選択的に入力する。具体的には、過電圧検出信号ＤＯがＨレベルの場合、すなわち、商用交流電源１の過電圧が発生していない場合には、切換回路５８は、偏差ΔＶＯを積分演算部５２Ｈに入力する。過電圧検出信号ＤＯがＬレベルの場合、すなわち、商用交流電源１の過電圧が発生している場合には、切換回路５８は、偏差ΔＶＯを積分演算部５２Ｌに入力する。

【0121】

これによると、商用交流電源１が正常である場合、または、商用交流電源１の停電が発生している場合には、比例演算部５０Ｈにて偏差ΔＶＯに対する比例演算が実行されるとともに、積分演算部５２Ｈにて偏差ΔＶＯに対する積分演算が実行されるる。そして、この比例演算結果と積分演算結果とに基づいて、電流指令値Ｉｃ２が生成される。

【0122】

一方、商用交流電源１の過電圧が発生している場合には、比例演算部５０Ｌにて偏差ΔＶＯに対する比例演算が実行されるとともに、積分演算部５２Ｌにて偏差ΔＶＯに対する積分演算が実行される。そして、この比例演算結果と積分演算結果とに基づいて、電流指令値Ｉｃ２が生成される。

【0123】

このように本変形例では、交流電圧制御部２４２Ｃは、出力電圧指令値ＶＲＥＦを定格電圧ＶＲに固定する一方で、偏差ΔＶＯの比例演算に用いる比例ゲインＫｐおよび積分演算に用いる積分ゲインＫｉを、商用交流電源１の過電圧状態において一時的に低下させるように構成されている。

【0124】

図１１に示した電圧制御部４４Ｂでは、積分演算部５２における積分ゲインＫｉを大きくするに従って、交流出力電圧ＶＯを短時間で出力電圧指令値ＶＲＥＦに一致させることができる一方で、交流出力電圧ＶＯの振動を増大させる場合がある。そのため、比例ゲインＫｐを低下させたことによるオーバーシュートの抑制効果が薄められてしまうことが懸念される。本変形例では、比例ゲインＫｐの低下に合わせて積分ゲインＫｉも低下させることにより、交流出力電圧ＶＯの振動を抑えて、より確実にオーバーシュートを抑制することができる。

【0125】

図１４は、電圧制御部４４Ｃにおいて実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。図１４のフローチャートは、図１２のフローチャートにＳ１２１，Ｓ１４１の処理を追加したものである。

【0126】

図１４に示すように、図１２と同じＳ１１にて、商用交流電源１の過電圧が発生していない場合（Ｓ１１のＮＯ判定時）、電圧制御部４４Ｃは、Ｓ１４により、比例ゲインＫｐＨを選択するとともに、Ｓ１４１により、積分ゲインＫｉＨを選択する。電圧制御部４４Ｃは、選択したゲインＫｐＨ，ＫｉＨを用いて比例積分演算を行い、この比例積分演算結果に基づいて、電流指令値Ｉｃ２を生成する。

【0127】

これに対して、商用交流電源１の過電圧が発生している場合（Ｓ１１のＹＥＳ判定時）には、電圧制御部４４Ｃは、Ｓ１２により、比例ゲインＫｐＨよりも低い比例ゲインＫｐＬを選択するとともに、Ｓ１２１により、積分ゲインＫｉＨよりも低い積分ゲインＫｉＬを選択する。電圧制御部４４Ｃは、選択したゲインＫｐＬ，ＫｉＬを用いて比例積分演算を行い、この比例積分演算結果に基づいて、電流指令値Ｉｃ２を生成する。

【0128】

図１２と同じＳ１３にて商用交流電源１が過電圧状態である場合（Ｓ１３のＮＯ判定時）には、電圧制御部４４Ｃは、Ｓ１２，Ｓ１２１に戻り、ゲインＫｐＬ，ＫｉＬを選択する。そして、商用交流電源１が復電した場合（Ｓ１３のＹＥＳ判定時）には、電圧制御部４４Ｃは、Ｓ１４，Ｓ１４１により、ゲインＫｐＨ，ＫｉＨを選択する。電圧制御部４４Ｃは、選択したゲインＫｐＨ，ＫｉＨを用いて比例積分演算を行い、この比例積分演算結果に基づいて、電流指令値Ｉｃ２を生成する。

【0129】

以上説明したように、実施の形態１および２に従う無停電電源装置１００では、商用交流電源１の停電が発生したときには、ＨＳＳ１０の切換時間内に交流出力電圧ＶＯが許容電圧範囲内に収まるように、出力電圧指令値ＶＲＥＦに対する交流出力電圧ＶＯの偏差を制御演算して双方向コンバータ１２の制御指令（電圧指令値Ｖｕ２）が生成される。これにより、切換時間直後の交流出力電圧ＶＯの低下を抑制することができる。一方で、商用交流電源１の過電圧が発生したときには、商用交流電源１の停電が発生したときに比べて、交流出力電圧ＶＯの変化に対する制御指令（電圧指令値Ｖｕ２）の変化を小さくする。これによると、交流出力電圧ＶＯの変動（アンダーシュート）を抑制しつつ定格電圧ＶＲに収束させることができる。

【0130】

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示により示される技術的範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0131】

１ 商用交流電源、２ 負荷、３ バッテリ、１０ ＨＳＳ、１２ 双方向コンバータ、１３ 直流ライン、１４ 双方向チョッパ、１６ 制御装置、２０ 停電／過電圧検出部、２２ スイッチ制御部、２４，２４Ａ～２４Ｃ コンバータ制御部、２６ チョッパ制御部、３０ 直流電圧指令生成部、３２，３６，４２，４６ 減算器、３４，４４，４４Ｂ，４４Ｃ 電圧制御部、３８，４８ 電流制御部、４０，４０Ａ 出力電圧指令生成部、５０，５０Ｌ，５０Ｈ 比例演算部、５２，５２Ｌ，５２Ｈ 積分演算部、５４ 加算器、５６，５８ 切換回路、１００ 無停電電源装置、２４０ 直流電圧制御部、２４２，２４２Ａ～２４２Ｃ 交流電圧制御部、２４４ セレクタ、２４６ ＰＷＭ制御部、Ｔ１ 入力端子、Ｔ２ 出力端子、Ｔ３ 直流端子、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＣＤ１，ＣＤ２ 電流検出器、Ｌ１ リアクトル、Ｋｐ，ＫｐＨ，ＫｐＬ 比例ゲイン、Ｋｉ，ＫｉＨ，ＫｉＬ 積分ゲイン、ＶＲＥＦ 出力電圧指令値、ＶＩ 交流入力電圧、ＶＯ 交流出力電圧、ＤＵ 停電検出信号、ＤＯ 過電圧検出信号。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】