JP2006197719A - 無停電電源装置、無停電電源装置の制御方法、制御用プログラム、および、無停電電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】 設計を簡易に行うことができるとともに、電流バランスの安定性が高い無停電電源装置を提供すること。
【解決手段】 他の無停電電源装置と並列に接続され、共通の負荷に交流電力を供給する無停電電源装置において、直流電力を交流電力に変換する電力変換手段（インバータ１０ｃ）と、電力変換手段の動作の基準となる正弦波を発生する正弦波発生手段（正弦波発生器１０ｆ）と、正弦波発生手段によって発生された正弦波に応じて電力変換手段を駆動する駆動手段（ＰＷＭドライブ回路１０ｄ）と、電力変換手段の出力電圧に応じて正弦波発生手段が発生する正弦波を調整して駆動手段に供給する調整手段（瞬時電圧補償器）と、を有し、調整手段は、電力変換手段の出力電流も参照して、正弦波の調整を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、無停電電源装置、無停電電源装置の制御方法、制御用プログラム、および、無停電電源システムに関する。

従来の無停電電源装置で、いわゆる常時インバータ方式の無停電電源装置では、商用電源からの交流電力を変換して得た直流電力を交流電力に変換して負荷機器に出力し、商用電源が停電したときには、二次電池からの直流電力を交流電力に変換して負荷機器に出力する。そして、この無停電電源装置は、電力変換用のインバータ回路と、このインバータ回路を構成する半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御して商用電力と同期した交流電力を出力させるためのＰＷＭ制御信号発生手段を含むインバータ回路制御装置とを備えている。

大きな容量を必要とする場合には、この種の無停電電源装置を複数台数並列接続して運転することが行われている。また、高い信頼性を必要とするシステムにおいては、負荷容量を満たすのに必要な無停電電源装置の台数よりも多くの台数を並列運転する冗長システム構成とすることも行われている。複数台の無停電電源装置を並列運転する場合、１台の無停電電源装置の負荷分担率が極端に大きくなると、インバータに大きな負担がかかる場合がある。また保護回路が働いて、並列運転ができなくなる場合もある。

そして、無停電電源装置を複数台並列運転する場合には、各無停電電源装置の出力電圧に振幅の差があると無効電流の横流電流が発生する。また出力電流に位相の差があると有効電流の横流電流が発生する。

そこで、このような問題を解決するために、並列接続された無停電電源装置のそれぞれが自己の出力状態を監視して出力電力の位相と周波数を独立して制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１１は、このような無停電電源装置の構成を示す図である。無停電電源装置２１０は、他の無停電電源装置（図示せず）と並列母線２８０を介して相互に接続されて並列運転を行い、負荷２７０（例えば、ホストコンピュータ等）に対して電力を供給する。

無停電電源装置２１０は、コンバータ２１０ａ、二次電池２１０ｂ、インバータ２１０ｃ、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）ドライブ回路２１０ｄ、瞬時電圧補償器２１０ｅ、正弦波発生器２１０ｆ、ＡＶＲ（Auto Voltage Regulator）回路２１０ｇ、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路２１０ｈ、電流検出器２１０ｉ、電圧検出器２１０ｊ、Ｐ−θ補償器２１０ｋ、Ｑ−Ｖ補償器２１０ｍ、Ｐ検出器２１０ｎ、Ｑ検出器２１０ｏ、インダクタ２１０ｐ、キャパシタ２１０ｑ、電圧検出器２１０ｒ、および、加算器２１０ｓによって構成されている。

ここで、コンバータ２１０ａは、商用電源の交流電力を入力し、直流電力に変換して出力する。二次電池２１０ｂは、コンバータ２１０ａから出力される直流電力によって充電され、インバータ２１０ｃに対して直流電力を供給する。

インバータ２１０ｃは、コンバータ２１０ａまたは二次電池２１０ｂから供給される直流電力をＰＷＭドライブ回路２１０ｄの制御に応じて交流電力に変換して出力する。ＰＷＭドライブ回路２１０ｄは、瞬時電圧補償器２１０ｅの出力に応じてインバータ２１０ｃを制御する。

瞬時電圧補償器２１０ｅは、電圧検出器２１０ｊによって検出された出力電圧に応じて正弦波発生器２１０ｆから供給される正弦波を調整して、ＰＷＭドライブ回路２１０ｄに供給する。

正弦波発生器２１０ｆは、ＡＶＲ回路２１０ｇからの出力に応じた振幅と、加算器２１０ｓからの出力に応じた位相を有する正弦波を発生して、瞬時電圧補償器２１０ｅに供給する。

電圧検出器２１０ｒは、商用電源の電圧を検出してＰＬＬ回路２１０ｈに供給する。加算器２１０ｓは、ＰＬＬ回路２１０ｈから出力される信号と、Ｐ−θ補償器２１０ｋから出力される信号の和を演算し、得られた結果を出力する。

ＡＶＲ回路２１０ｇは、図示せぬ制御回路から供給される目標電圧を示すＲＭＳ（Root Mean Square）指令値と、Ｑ−Ｖ補償器２１０ｍから供給される信号と、電圧検出器２１０ｊによって検出された出力電圧に応じて正弦波発生器２１０ｆが発生する正弦波の振幅を制御する。

ＰＬＬ回路２１０ｈは、電圧検出器２１０ｊによって検出された出力電圧または電圧検出器２１０ｒによって検出された商用電源の周波数および位相に応じて、正弦波発生器２１０ｆが発生する正弦波の周波数および位相を制御する。

電流検出器２１０ｉは、インバータ２１０ｃの出力電流を検出して検出値を出力する。電圧検出器２１０ｊは、インダクタ２１０ｐからの出力電圧を検出して検出値を出力する。

Ｐ−θ補償器２１０ｋは、Ｐ検出器２１０ｎによって検出された出力電力の有効電力に応じて、正弦波発生器２１０ｆが発生する正弦波の位相を制御する信号を出力する。Ｑ−Ｖ補償器２１０ｍは、Ｑ検出器２１０ｏによって検出された無効電力に応じて、正弦波発生器２１０ｆが発生する正弦波の振幅を制御する信号を出力する。

Ｐ検出器２１０ｎは、電流検出器２１０ｉによって検出された電流値と、電圧検出器２１０ｊによって検出された電圧値に応じて有効電力を計算して出力する。Ｑ検出器２１０ｏは、電流検出器２１０ｉによって検出された電流値と、電圧検出器２１０ｊによって検出された電圧値に応じて無効電力を計算して出力する。

インダクタ２１０ｐおよびキャパシタ２１０ｑは、平滑回路を構成し、インバータ２１０ｃから出力される交流電力に含まれている高周波成分を減衰する。

以上のような無停電電源装置２１０では、Ｐ検出器２１０ｎによって検出された有効電力に応じて、正弦波発生器２１０ｆが発生する正弦波の位相が制御され、また、Ｑ検出器２１０ｏによって検出された無効電力に応じて、正弦波発生器２１０ｆが発生する正弦波の振幅が制御される。また、インダクタ２１０ｐからの出力電圧の瞬時値に応じて瞬時電圧補償器２１０ｅが瞬時電圧を制御し、出力電圧が適正値となるように制御する。

特表２０００−５１３５６０号公報（特許請求の範囲、要約書）

ところで、前述のような無停電電源装置２１０では、例えば、インバータ２１０ｃが有する寄生抵抗成分が装置の特性に影響を与える。このような寄生抵抗成分は、その値を特定することが困難であるため、設計が困難となるという問題点がある。

また、このような無停電電源装置２１０では、各装置の電流バランスの変動に対して、高速に追従することができないことから、電流バランスの安定性が低いという問題点もある。

本発明は、上記の事情に基づきなされたもので、その目的とするところは、設計を簡易に行うことができるとともに、電流バランスの安定性が高い無停電電源装置、無停電電源装置の制御方法、制御用プログラム、および、無停電電源システムを提供することである。

上述の目的を達成するため、本発明の無停電電源装置は、他の無停電電源装置と並列に接続され、共通の負荷に交流電力を供給する無停電電源装置において、直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、電力変換手段の動作の基準となる正弦波を発生する正弦波発生手段と、正弦波発生手段によって発生された正弦波に応じて電力変換手段を駆動する駆動手段と、電力変換手段の出力電圧に応じて正弦波発生手段が発生する正弦波を調整して駆動手段に供給する調整手段と、を有し、調整手段は、電力変換手段の出力電流も参照して、正弦波の調整を行うようにしている。

このため、設計を簡易に行うことができるとともに、電流バランスの安定性が高い無停電電源装置を提供することができる。

また、他の発明の電源装置によれば、上述の発明に加えて、正弦波発生手段が、電力変換手段から出力される有効電力に応じた振幅と、無効電力に応じた位相を有する正弦波を発生するようにしている。このため、他の無停電電源装置との同期を確実に図ることが可能になる。

また、他の発明の電源装置によれば、上述の発明に加えて、調整手段が、電力変換手段の出力電流に対応する信号に対して所定のフィルタリング処理を施して得られた信号に基づいて正弦波の調整を行うようにしている。このため、他の無停電電源装置との電流バランスを迅速に安定化させることができる。

また、他の発明の電源装置によれば、上述の各発明に加えて、フィルタリング処理の伝達関数ｆ（ｓ）は、ｆ（ｓ）＝ｆ_０／（１＋ｓ／ω_ｆ）であるようにしている。このため、出力電流に含まれている高調波成分による誤動作を防止することができる。

また、他の発明の電源装置によれば、上述の各発明に加えて、電力変換手段の寄生抵抗をｒ_ｓとした場合に、伝達関数に含まれるｆ_０は、ｆ_０＞＞ｒ_ｓとなるように設定されている。このため、寄生抵抗の影響を無視することができるので、装置の設計を簡易化することができる。

また、他の発明の電源装置によれば、上述の各発明に加えて、電力変換手段が出力する交流電力の基本角周波数をω_０とし、電力変換手段のインダクタンス成分をＬ_Ｆとした場合に、伝達関数に含まれるｆ_０は、ｆ_０＞＞ω_０・Ｌ_Ｆとなるように設定されている。このため、所定の制御パラメータが他の制御量に影響を与えにくくなるので、制御を確実に行うことができる。

また、本発明は、他の無停電電源装置と並列に接続され、共通の負荷に交流電力を供給する無停電電源装置の制御方法において、直流電力を交流電力に変換する電力変換ステップと、電力変換ステップの動作の基準となる正弦波を発生する正弦波発生ステップと、正弦波発生ステップによって発生された正弦波に応じて電力変換ステップを駆動する駆動ステップと、電力変換ステップの出力電圧に応じて正弦波発生ステップが発生する正弦波を調整して駆動ステップに供給する調整ステップと、を有し、調整ステップは、電力変換ステップの出力電流も参照して、正弦波の調整を行う。

このため、設計を簡易に行うことができるとともに、電流バランスの安定性が高い無停電電源装置の制御方法を提供することができる。

また、本発明は、他の無停電電源装置と並列に接続され、共通の負荷に交流電力を供給する無停電電源装置の制御用プログラムにおいて、コンピュータを、直流電力を交流電力に変換する電力変換手段、電力変換手段の動作の基準となる正弦波を発生する正弦波発生手段、正弦波発生手段によって発生された正弦波に応じて電力変換手段を駆動する駆動手段、電力変換手段の出力電圧に応じて正弦波発生手段が発生する正弦波を調整して駆動手段に供給する調整手段、として機能させ、調整手段は、電力変換手段の出力電流も参照して、正弦波の調整を行う。

このため、設計を簡易に行うことができるとともに、電流バランスの安定性が高い無停電電源装置の制御用プログラムを提供することができる。

また、本発明は、複数の無停電電源装置が並列に接続され、共通の負荷に交流電力を供給する無停電電源システムにおいて、各無停電電源装置は、直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、電力変換手段の動作の基準となる正弦波を発生する正弦波発生手段と、正弦波発生手段によって発生された正弦波に応じて電力変換手段を駆動する駆動手段と、電力変換手段の出力電圧に応じて正弦波発生手段が発生する正弦波を調整して駆動手段に供給する調整手段と、を有し、調整手段は、電力変換手段の出力電流も参照して、正弦波の調整を行うようにしている。

このため、設計を簡易に行うことができるとともに、電流バランスの安定性が高い無停電電源システムを提供することができる。

本発明は、設計を簡易に行うことができるとともに、電流バランスの安定性が高い無停電電源装置、無停電電源装置の制御方法、制御用プログラム、および、電源システムを提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る無停電電源システムの構成例を示す図である。この図に示すように、本発明の実施の形態に係る無停電電源システムは、無停電電源装置１０〜６０を有しており、これらは並列母線８０を介して相互に接続されて並列運転を行い、負荷７０（例えば、ホストコンピュータ等）に対して電力を供給する。

図２は、図１に示す無停電電源装置１０の詳細な構成例を示すブロック図である。なお、無停電電源装置２０〜６０は、無停電電源装置１０と同様の構成であるので、無停電電源装置１０を例に挙げて説明を行う。この図に示すように、無停電電源装置１０は、コンバータ１０ａ、二次電池１０ｂ、インバータ１０ｃ、ＰＷＭドライブ回路１０ｄ、瞬時電圧補償器１０ｅ、正弦波発生器１０ｆ、ＡＶＲ回路１０ｇ、ＰＬＬ回路１０ｈ、電流検出器１０ｉ、電圧検出器１０ｊ、Ｑ−θ補償器１０ｋ、Ｐ−Ｖ補償器１０ｍ、Ｑ検出器１０ｎ、Ｐ検出器１０ｏ、インダクタ１０ｐ、キャパシタ１０ｑ、電圧検出器１０ｒ、加算器１０ｓ、および、フィルタ１０ｔを主要な構成要素としている。

ここで、コンバータ１０ａは、商用電源の交流電力を入力し、直流電力に変換して出力する。二次電池１０ｂは、コンバータ１０ａから出力される直流電力によって充電され、インバータ１０ｃに対して直流電力を供給する。

電力変換手段としてのインバータ１０ｃは、コンバータ１０ａまたは二次電池１０ｂから供給される直流電力をＰＷＭドライブ回路１０ｄの制御に応じて交流電力に変換して出力する。駆動手段としてのＰＷＭドライブ回路１０ｄは、瞬時電圧補償器１０ｅから供給される正弦波信号に応じてインバータ１０ｃに内蔵されている半導体スイッチをスイッチングし、直流電力を交流電力に変換させる。

調整手段としての瞬時電圧補償器１０ｅは、電圧検出器１０ｊによって検出された出力電圧と、電流検出器１０ｉによって検出され、フィルタ１０ｔにより所定のフィルタリング処理が施された出力電流に応じて、正弦波発生器１０ｆから供給される正弦波を調整して、ＰＷＭドライブ回路１０ｄに供給する。

正弦波発生手段としての正弦波発生器１０ｆは、ＡＶＲ回路１０ｇからの出力信号のレベルに応じた振幅と、加算器１０ｓからの出力信号のレベルに応じた位相を有する正弦波を発生して、瞬時電圧補償器１０ｅに供給する。

電圧検出器１０ｒは、商用電源の周波数および位相を検出して出力する。加算器１０ｓは、ＰＬＬ回路１０ｈから出力される信号と、Ｑ−θ補償器１０ｋから出力される信号の和を演算し、得られた結果を出力する。

ＡＶＲ回路１０ｇは、図示せぬ制御部から供給されるＲＭＳ指令値、電圧検出器１０ｊから供給される出力電圧、および、Ｐ−Ｖ補償器１０ｍから供給される信号に応じて、正弦波発生器１０ｆが発生する正弦波の振幅を制御する。

ＰＬＬ回路１０ｈは、電圧検出器１０ｊによって検出された出力の周波数および位相または電圧検出器１０ｒによって検出された商用電源の周波数および位相に応じて正弦波発生器１０ｆが発生する正弦波の周波数および位相を制御する。

電流検出器１０ｉは、インバータ１０ｃの出力電流を検出して検出値を出力する。電圧検出器１０ｊは、インダクタ１０ｐからの出力電圧を検出して検出値を出力する。

Ｑ−θ補償器１０ｋは、Ｑ検出器１０ｎによって検出された無効電力に応じて、正弦波発生器１０ｆが発生する正弦波の位相を制御する信号を出力する。Ｐ−Ｖ補償器１０ｍは、Ｐ検出器１０ｏによって検出された有効電力に応じて、正弦波発生器１０ｆが発生する正弦波の振幅を制御する信号を出力する。

Ｑ検出器１０ｎは、電流検出器１０ｉによって検出された電流値と、電圧検出器１０ｊによって検出された電圧値に応じて無効電力の値を計算して出力する。Ｐ検出器１０ｏは、電流検出器１０ｉによって検出された電流値と、電圧検出器１０ｊによって検出された電圧値に応じて有効電力の値を計算して出力する。

インダクタ１０ｐおよびキャパシタ１０ｑは、平滑回路を構成し、インバータ１０ｃから出力される交流電力に含まれている高周波成分を減衰する。

フィルタ１０ｔは、電流検出器１０ｉから出力される信号に対して所定のフィルタリング処理を施して出力する。

図３は、図２に示すブロック図の一部の詳細な構成例を示す図である。具体的には、この図は、図２に示す瞬時電圧補償器１０ｅ、正弦波発生器１０ｆ、ＡＶＲ回路１０ｇ、ＰＬＬ回路１０ｈ、Ｑ−θ補償器１０ｋ、Ｐ−Ｖ補償器１０ｍ、Ｑ検出器１０ｎ、Ｐ検出器１０ｏ、電圧検出器１０ｒ、加算器１０ｓ、および、フィルタ１０ｔの詳細な構成を示している。

この図に示すように、上述の回路は、乗算器１２０〜１２３、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１２４〜１２６、増幅器１２７〜１３０、位相シフタ１３１、位相差検出部１３２、ＰＬＬ１３３、減算器１３４〜１３７、加算器１３８〜１４１、積分器１４２、正弦波発生回路１４３、瞬時電圧補償器１４４、および、フィルタ１４５を主要な構成要素としている。

ここで、乗算器１２０は、インバータ１０ｃの出力電圧ｖ_ｏの２乗を算出して出力する。乗算器１２１は、インバータ１０ｃの出力電圧ｖ_ｏと、インバータ１０ｃの出力電流ｉ_ｓの積を算出して出力する。乗算器１２２は、位相シフタ１３１の出力と、インバータ１０ｃの出力電流ｉ_ｓの積を算出して出力する。乗算器１２３は、加算器１３９の出力と正弦波発生器１４３の出力との積を算出して出力する。

ＬＰＦ１２４は、乗算器１２０の出力信号の低域成分を通過させる。ＬＰＦ１２５は、乗算器１２１の出力信号の低域成分を通過させる。ＬＰＦ１２６は、乗算器１２２の出力信号の低域成分を通過させる。

増幅器１２７は、ＬＰＦ１２５の出力信号を所定のゲインで増幅して出力する。増幅器１２８は、ＬＰＦ１２６の出力信号を所定のゲインで増幅して出力する。増幅器１２９は、減算器１３５の出力信号を所定のゲインで増幅して出力する。増幅器１３０は、フィルタ１４５の出力信号を所定のゲインで増幅して出力する。

位相シフタ１３１は、インバータ１０ｃの出力電圧ｖ_ｏの位相を９０度ずらして出力する。位相差検出部１３２は、インバータ１０ｃの出力電圧ｖ_ｏと商用電源（または並列母線８０）の電圧ｖ_ｃとの位相差を検出して出力する。ＰＬＬ１３３は、位相差検出部１３２によって検出された位相差に応じた信号を出力する。

減算器１３４は、ＲＭＳ指令値から増幅器１２７の出力信号を減算した結果を出力する。減算器１３５は、減算器１３４の出力信号からＬＰＦ１２４の出力信号を減算した結果を出力する。減算器１３６は、乗算器１２３の出力信号からインバータ１０ｃの出力電圧ｖ_ｏを減算した結果を出力する。減算器１３７は、瞬時電圧補償器１４４の出力信号から増幅器１３０の出力信号を減算した結果を出力する。

加算器１３８は、増幅器１２９の出力信号と積分器１４２の出力信号の和を算出して出力する。加算器１３９は、加算器１３８の出力信号と、減算器１３４の出力信号の出力信号の和を算出して出力する。加算器１４０は、増幅器１２８の出力信号と、ＰＬＬ１３３の出力信号の和を算出して出力する。加算器１４１は、乗算器１２３の出力信号と、減算器１３７の出力信号の和を算出して出力する。

積分器１４２は、減算器１３５の出力信号を積分して出力する。正弦波発生器１４３は、加算器１４０の出力信号に対応した位相を有する正弦波を発生して出力する。

瞬時電圧補償器１４４は、減算器１３６の出力信号に対して所定のフィルタリング処理を施して出力する。フィルタ１４５は、出力電流ｉ_ｓに対応する信号に対して所定のフィルタリング処理を施して出力する。

なお、この図において、乗算器１２０、ＬＰＦ１２４、減算器１３４，１３５、増幅器１２９、積分器１４２、加算器１３８，１３９は、図２に示すＡＶＲ１０ｇに対応している。乗算器１２１およびＬＰＦ１２５は、Ｐ検出器１０ｏに対応している。増幅器１２７は、Ｐ−Ｖ補償器１０ｍに対応している。増幅器１２８は、Ｑ−θ補償器１０ｋに対応している。加算器１４０は、加算器１０ｓに対応している。正弦波発生器１４３および乗算器１２３は、正弦波発生器１０ｆに対応している。位相差検出部１３２およびＰＬＬ１３３は、ＰＬＬ１０ｈに対応している。減算器１３６、瞬時電圧補償器１４４、減算器１３７、および、加算器１４１は、瞬時電圧補償器１０ｅに対応している。フィルタ１４５および増幅器１３０は、フィルタ１０ｔに対応している。

つぎに、以上の実施の形態の動作について説明する。

図１に示す無停電電源装置１０〜６０の並列運転が開始されると、各無停電電源装置は、他の無停電電源装置との関係において、負荷分担が適切となるように制御を行う。なお、各無停電電源装置の動作は同様であるので、以下では、無停電電源装置１０を例に挙げて動作の説明を行う。

電流検出器１０ｉは、インバータ１０ｃの出力電流ｉ_ｓを検出してフィルタ１０ｔ、Ｑ検出器１０ｎ、および、Ｐ検出器１０ｏに供給する。一方、電圧検出器１０ｊは、インダクタ１０ｐの出力電圧ｖ_ｏを検出して、瞬時電圧補償器１０ｅ、Ｑ検出器１０ｎ、Ｐ検出器１０ｏ、ＡＶＲ回路１０ｇ、および、ＰＬＬ回路１０ｈに供給する。

Ｑ検出器１０ｎは、図３に示すように、位相シフタ１３１によって９０度位相がシフトされた出力電圧ｖ_ｏと、出力電流ｉ_ｓとを乗算し、得られた結果の信号に対して、ＬＰＦ１２６によってフィルタリング処理を施すことにより、無停電電源装置１０から出力される無効電力を求める。

Ｐ検出器１０ｏは、図３に示すように、出力電圧ｖ_ｏと、出力電流ｉ_ｓとを乗算し、得られた結果の信号に対して、ＬＰＦ１２５によってフィルタリング処理を施すことにより、無停電電源装置１０から出力される有効電力を求める。

Ｑ−θ補償器１０ｋは、Ｑ検出器１０ｎによって検出された無効電力の値を、増幅器１２８により所定のゲインで増幅して加算器１０ｓに出力する。Ｐ−Ｖ補償器１０ｍは、Ｐ検出器１０ｏによって検出された有効電力の値を、増幅器１２７により所定のゲインで増幅して出力する。

ＰＬＬ回路１０ｈは、商用電源が正常である場合には、インバータ１０ｃの出力電圧ｖ_ｏの位相が商用電源に同期するように制御を行い、停電が発生した場合には出力周波数があらかじめ設定された周波数となるように無停電電源装置の出力周波数を制御する。具体的にはＰＬＬ回路１０ｈは、これらの信号と出力電圧ｖ_ｏとの差分を計算し、差分に応じた電圧を有する信号を出力する。

ＡＶＲ回路１０ｇは、図示せぬ制御部から出力されるＲＭＳ指令値と、電圧検出器１０ｊによって検出された出力電圧ｖ_ｏと、Ｐ−Ｖ補償器１０ｍからの出力とに応じた信号を正弦波発生器１０ｆに対して出力する。

加算器１０ｓは、ＰＬＬ回路１０ｈの出力と、Ｑ−θ補償器１０ｋの出力を加算し、得られた結果を正弦波発生器１０ｆに供給する。

正弦波発生器１０ｆは、ＡＶＲ回路１０ｇからの出力信号に対応した振幅を有し、また、加算器１０ｓからの出力信号に対応した位相を有する正弦波を発生して出力する。

瞬時電圧補償器１０ｅは、正弦波発生器１０ｆから出力された正弦波信号に対して、フィルタ１０ｔおよび電圧検出器１０ｊから出力される信号に応じた調整を行い、ＰＷＭドライブ回路１０ｄに出力する。

ＰＷＭドライブ回路１０ｄは、瞬時電圧補償器１０ｅから供給された正弦波信号に対してＰＷＭ変換を施し、得られたＰＷＭ信号に基づいて、インバータ１０ｃが有する半導体スイッチをスイッチングする。

インバータ１０ｃは、ＰＷＭドライブ回路１０ｄから供給されたＰＷＭ信号に基づいて内蔵されている半導体スイッチをスイッチングし、二次電池１０ｂから出力される直流電力を交流電力に変換して出力する。

インバータ１０ｃから出力された交流電力は、インダクタ１０ｐおよびキャパシタ１０ｑによって構成される平滑化回路によって、スイッチングによって生じた高周波成分が除外され、並列母線８０を介して負荷７０に交流電力が供給される。

このとき、インバータ１０ｃの出力電流ｉ_ｓと出力電圧ｖ_ｏは、電流検出器１０ｉおよび電圧検出器１０ｊによってそれぞれ検出され、Ｐ検出器１０ｏおよびＱ検出器１０ｎによってそれぞれ有効電力と無効電力が算出される。Ｐ検出器１０ｏによって検出された有効電力は、Ｐ−Ｖ補償器１０ｍを介してＡＶＲ回路１０ｇに供給される。ＡＶＲ回路１０ｇは、Ｐ−Ｖ補償器１０ｍからの出力、ＲＭＳ指令値、および、出力電圧ｖ_ｏに応じた信号を出力する。その結果、正弦波発生器１０ｆは、ＡＶＲ回路１０ｇからの出力信号に応じた振幅を有する正弦波を発生するので、これらに応じて出力電圧の振幅が調整される。また、Ｑ検出器１０ｎによって検出された無効電力は、Ｑ−θ補償器１０ｋを介して加算器１０ｓに供給される。加算器１０ｓは、Ｑ−θ補償器１０ｋからの出力と、ＰＬＬ回路１０ｈからの出力を加算して値を正弦波発生器１０ｆに供給する。この結果、正弦波発生器１０ｆは、加算器１０ｓから供給された位相に応じた正弦波を発生するので、これらの値に応じて出力電圧の周波数および位相が調整される。

一方、電圧検出器１０ｊによって検出された出力電圧ｖ_ｏは、瞬時電圧補償器１０ｅに供給され、瞬間的な電圧の変動に対する補正がなされる。また、電流検出器１０ｉによって検出された出力電流ｉ_ｓは、フィルタ１０ｔによってフィルタリング処理が施された後、瞬時電圧補償器１０ｅに供給され、瞬間的な電流の変動に対する補正がなされる。

したがって、無効電力および有効電力に応じた正弦波が生成され、これに基づいてＰＷＭ制御がなされる。また、出力電圧および出力電流の瞬時値に基づいて正弦波が調整され、当該正弦波に基づいてＰＷＭ制御がなされるので、横流の発生を防止するとともに、瞬時値に応じて電流のバランスを迅速に安定化することができる。

つぎに、以上の実施の形態の制御系の動作について詳細に説明する。なお、以下では簡単のために２台の無停電電源装置１０，２０が並列接続されて運転されている場合を例に挙げて説明する。

図４は、２台の無停電電源装置１０，２０が並列接続された場合の等価回路を示す図である。この図に示すように、各無停電電源装置は、インバータからの出力電圧ｖ_ｉ１，ｖ_ｉ２と、インバータ以降の回路のインピーダンスＺ_Ｆとによって等価的に表される。

図５は、図４に示す無停電電源装置１０の左端の端子に接続される回路の構成例であり、図２に示す瞬時電圧補償器１０ｅの詳細を示している。この図において、ｖ_ｒｅｆ１は正弦波発生器１０ｆから供給される正弦波の電圧を示している。ｖ_ｏ１はインバータ１０ｃの出力電圧を示している。ｉ_s1はインバータ１０ｃの出力電流を示している。増幅器１３０、減算器１３６，１３７、加算器１４１、瞬時電圧補償器１４４、および、フィルタ１４５は、図３に示すものと同様である。

図４に示す図において、インピーダンスＺ_Ｆ１（ｓ）について回路方程式を立てると、以下のようになる。

上式において、ｖ_ｉ１ ^＊は、図５に示す回路の出力信号としての電流指令値を示している。ここで、Ｚ_Ｆ１（ｓ）の現実のインピーダンスは、以下の式によって表される。

上式において、ｒ_ｓ１は、インバータ１０ｃの半導体スイッチのオン抵抗等としての寄生抵抗である。また、Ｌ_Ｆは、インダクタ１０ｐのインダクタンス分である。ここで、ｖ_ｒｅｆ１から見た出力電圧ｖ_ｏまでの等価インピーダンスを求めることを考える。フィルタ１０ｔの伝達関数が以下の式で表されるとする。

この場合、ｖ_ｒｅｆ１から見た出力電圧ｖ_ｏ１までの等価インピーダンスＺ’_Ｆ１（ｓ）は、以下の式で表される。なお、Ｋ_{ｉｎｓｔ１}（ｓ）は、瞬時電圧補償器１４４の伝達関数である。

伝達関数Ｋ_{ｉｎｓｔ１}（ｓ）および伝達関数ｆ_{ｉｎｓｔ１}（ｓ）は、角周波数ω＝ω_０（ω_０は基本周波数）においては、以下のように近似することができる。

したがって、等価インピーダンスＺ’_Ｆ１（ｓ）は、以下のように表すことができる。

このように、ｖ_ｒｅｆ１から見た出力電圧ｖ_ｏ１までの等価インピーダンスＺ’_Ｆ１（ｓ）には、主回路定数であるＺ_Ｆ１（ｓ）が含まれていない。したがって、本実施の形態の無停電電源装置１０では、ｆ_０１およびＫ_０１のみによって回路の特性を決定することができるため、装置の設計を簡略化することができる。また、等価インピーダンスＺ’_Ｆ１（ｓ）には、寄生抵抗ｒ_ｓ１が含まれていない。ここで、寄生抵抗ｒ_ｓ１は、半導体スイッチのオン抵抗、導線の抵抗成分、および、接続部分の接触抵抗等であるので、設計段階においてその値を確定することが困難である。したがって、本実施の形態の無停電電源装置１０では、このような不確定要素を排除することにより、装置の設計を簡略化するとともに、製造後の装置の調整を簡略化することができる。

以下の式は、本実施の形態の無停電電源装置１０，２０を並列接続した場合における無停電電源装置１０の基準正弦波の位相θ、振幅変化率δ、有効電流Ｉ_ｐ１、無効電流Ｉ_ｑ１の関係を示している。

一方、以下の式は、図１１に示す従来の無停電電源装置を２台並列接続した場合における基準正弦波の位相θ、振幅変化率δ、有効電流Ｉ_ｐ１、無効電流Ｉ_ｑ１の関係を示している。

ここで、寄生抵抗ｒ_ｓ１を無視すると、式（８）は、以下のように表される。

式（７）と式（９）を比較すると、式（７）では、対角項が零であり、非対角項が非零となっているので、位相によって無効電流を制御し、振幅によって有効電流を制御する。一方、式（９）では、対角項が非零であり、非対角項が零となっているので、位相によって有効電流を制御し、振幅によって無効電流を制御する。すなわち、図１１では有効電力によって位相を制御し、無効電力によって振幅を制御する構成となっているのに対し、図２では無効電力によって位相を制御し、有効電力によって振幅を制御する構成となっている。なお、このような制御を実現する前提としては、ｆ_０１＞＞ω_０・Ｌ_Ｆ１となるように設定することが必要である。例えば、ｆ_０１≧１０・ω_０・Ｌ_Ｆ１となるように設定する。

また、式（７）と式（８）との比較から、式（７）では寄生抵抗ｒ_ｓ１が含まれていないが、式（８）では寄生抵抗ｒ_ｓ１が含まれている。前述したように、設計段階において寄生抵抗ｒ_ｓ１を確定することは困難であることから、本実施の形態では不確定項を排除することにより設計を簡略化することができ、また、不確定項を排除することにより、製造後の無停電電源装置の動作を安定化することができる。なお、ｒ_ｓ１の影響を排除するためには、ｆ_０１＞＞ｒ_ｓ１（Ω）となるように設定する必要がある。具体的には、例えば、ｆ_０１≧１０・ｒ_ｓ１となるように設定する。

つぎに、以上の実施の形態に係る電源システムをコンピュータによってシミュレーションした結果について説明する。

まず、閉ループの時定数として以下の値を選択する。すなわち、Ｐ制御の時定数τ_ｐとしては以下の値を設定する。

また、Ｑ制御の時定数τ_ｑとしては以下の値を設定する。なお、ｇ_０は式（１２）のように定義される。

さらに、ＲＭＳ電圧制御の時定数τ_ｒｍｓとしては以下の値を設定する。

図６は、図４に示すように２台の無停電電源装置１０，２０を並列接続し、負荷７０として４＋ｊ３［Ω］を接続し、ｔ＝０．４０２［ｓｅｃ］において、無停電電源装置１０の位相を＋０．１［ｒａｄ］進めた場合のシミュレーション結果を示している。図６（Ａ）は、無停電電源装置１０の有効電流Ｉ_ｐ１と、無停電電源装置２０の有効電流Ｉ_ｐ２の変化を示している。この図に示すように、位相を変化させた場合には、無停電電源装置１０および無停電電源装置２０の有効電流Ｉ_ｐ１および有効電流Ｉ_ｐ２は、ほとんど変化しない。図６（Ｂ）は、無停電電源装置１０の無効電流Ｉ_ｑ１と、無停電電源装置２０の無効電流Ｉ_ｑ２の変化を示している。この図に示すように、位相を変化させた場合には、無停電電源装置１０の無効電流Ｉ_ｑ１は減少する方向に変化し、無効電流Ｉ_ｑ２は増加する方向に変化した後、それぞれもとの状態に戻っている。

図７は、図４に示すように２台の無停電電源装置１０，２０を並列接続し、負荷７０として４＋ｊ３［Ω］を接続し、ｔ＝０．４０２［ｓｅｃ］において、無停電電源装置１０の電圧を＋１０％増加させた場合のシミュレーション結果を示している。図７（Ａ）は、無停電電源装置１０の有効電流Ｉ_ｐ１と、無停電電源装置２０の有効電流Ｉ_ｐ２の変化を示している。この図に示すように、位相を変化させた場合には、無停電電源装置１０の有効電流Ｉ_ｐ１は増加する方向に変化し、有効電流Ｉ_ｐ２は減少する方向に変化した後、それぞれもとの状態に戻っている。図７（Ｂ）は、無停電電源装置１０の無効電流Ｉ_ｑ１と、無停電電源装置２０の無効電流Ｉ_ｑ２の変化を示している。この図に示すように、無停電電源装置１０および無停電電源装置２０の無効電流Ｉ_ｑ１および無効電流Ｉ_ｑ２は、ほとんど変化しない。

図８は、無停電電源装置１０が単独で動作中に、ｔ＝０．４０２において、位相が２．７８［ｄｅｇ］遅れた状態で動作している無停電電源装置２０を接続した場合の出力電圧ｖ_ｏ１およびｖ_ｏ２のシミュレーション結果を示している。この図に示すように、ｔ＝０．４０２において無停電電源装置２０が接続されると、出力電圧ｖ_ｏ１およびｖ_ｏ２は、ほぼ瞬時に同一の値となっている。

図９は、図８に示す場合における無停電電源装置１０，２０の有効電流および無効電流の変化を示している。図９（Ａ）は、無停電電源装置１０，２０のそれぞれの有効電流Ｉ_ｐ１，Ｉ_ｐ２の変化を示す図である。この図に示すように、無停電電源装置２０がｔ＝０．４０２において接続された後は、有効電流Ｉ_ｐ１，Ｉ_ｐ２は、同一の値に収束している。図９（Ｂ）は、無停電電源装置１０，２０のそれぞれの無効電流Ｉ_ｑ１，Ｉ_ｑ２の変化を示す図である。この図に示すように、無停電電源装置２０がｔ＝０．４０２において接続された後は、無効電流Ｉ_ｑ１，Ｉ_ｑ２についても、同一の値に収束している。

図１０は、図８に示す場合における無停電電源装置１０，２０の出力電流ｉ_１，ｉ_２の変化を示している。図１０（Ａ）は、無停電電源装置１０の出力電流ｉ_１の変化を示す図である。この図に示すように、無停電電源装置２０がｔ＝０．４０２において接続される前は、無停電電源装置１０が負荷７０を１台で分担しているので３０［Ａ］近い電流が流れているが、無停電電源装置２０が接続されると、これとの間で負荷の分担が行われるので、半分の１５［Ａ］近い電流に収束している。一方、無停電電源装置２０では、ｔ＝０．４０２において接続される前は、負荷７０が接続されていないので、出力電流ｉ_２は、流れていない状態であるが、接続された後は負荷の分担が徐々に増え、無停電電源装置１０とほぼ同一の電流である１５［Ａ］近い電流に収束している。

以上に説明したように、本発明の実施の形態によれば、主回路定数の影響を僅少とすることにより、装置の設計を簡略化することができる。また、不確定要素である主回路定数の影響を排除することにより、製造後の装置の調整を簡略化することができる。

また、本発明の実施の形態では、インバータ１０ｃの出力電流を瞬時電圧補償器１０ｅにフィードバックするようにしたので、複数接続された無停電電源装置間の電流バランスを高速に安定化することが可能になる。このため、特定の無停電電源装置への負荷分担の偏りを迅速に是正し、特定の無停電電源装置にかかる負担を軽減することができる。

また、フィルタ１０ｔのフィルタ定数ｆ_０１の値をｆ_０１＞＞ω_０・Ｌ_Ｆ１となるように設定することにより、有効電流および無効電流の制御系における独立性が高くなる。このため、一方の他方に対する干渉を低減することができる。

なお、以上の実施の形態では、６台の無停電電源装置１０〜６０によって電源システムを構成する場合を例に挙げて説明したが、例えば、２〜５台または７台以上によって構成される電源システムに本発明を適用可能であることはいうまでもない。

また、以上に示した回路は一例であって、本発明がこのような場合にのみ限定されるものではないことはいうまでもない。

また、以上の実施の形態では、図４に示す機能ブロックをハードウエア的に実現するようにしたが、ソフトウエア的に実現することも可能である。すなわち、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、および、インターフェースから構成されるハードウエアのＲＯＭに所定のプログラムを格納しておき、当該プログラムに基づいて処理を行うことにより前述したハードウエアのブロックをソフトウエア的に実現することができる。

なお、上記の処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、無停電電源装置が有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリなどがある。磁気記録装置には、ハードディスク装置（ＨＤＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、磁気テープなどがある。光ディスクには、ＤＶＤ(Digital Versatile Disk)、ＤＶＤ−ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＣＤ−ＲＯＭ(Compact Disk Read Only Memory)、ＣＤ−Ｒ(Recordable)／ＲＷ(ReWritable)などがある。光磁気記録媒体には、ＭＯ(Magneto-Optical disk)などがある。

プログラムを流通させる場合には、たとえば、そのプログラムが記録されたＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭなどの可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。

プログラムを実行するコンピュータは、たとえば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送される毎に、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。

本発明は、並列運転を行う無停電電源装置に利用することができる。

本発明の実施の形態に係る電源システムの構成例を示す図である。 図１に示す無停電電源装置の構成例を示すブロック図である。 図２に示す制御系の詳細な構成例を示す図である。 シミュレーションの対象となるシステムの構成を示す図である。 図４の左端に接続される回路のブロック図である。 図４に示すシステムにおいて無停電電源装置１０の位相を０．１［ｒａｄ］進めた場合の有効電流と無効電流の変化を示す図であり、（Ａ）は有効電流の変化を示す図であり、（Ｂ）は無効電流の変化を示す図である。 図４に示すシステムにおいて無停電電源装置１０の電圧を１０％増加させた場合の有効電流と無効電流の変化を示す図であり、（Ａ）は有効電流の変化を示す図であり、（Ｂ）は無効電流の変化を示す図である。 図４に示すシステムにおいて無停電電源装置１０が稼働中に無停電電源装置２０を接続した場合の出力電圧の変化を示す図である。 図４に示すシステムにおいて無停電電源装置１０が稼働中に無停電電源装置２０を接続した場合の有効電流および無効電流の変化を示す図であり、（Ａ）は有効電流の変化を示す図であり、（Ｂ）は無効電流の変化を示す図である。 図４に示すシステムにおいて無停電電源装置１０が稼働中に無停電電源装置２０を接続した場合の出力電流の変化を示す図であり、（Ａ）は無停電電源装置１０の出力電流の変化を示す図であり、（Ｂ）は無停電電源装置２０の出力電流の変化を示す図である。 従来の無停電電源装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１０〜６０ 無停電電源装置
１０ｃ インバータ（電力変換手段）
１０ｄ ＰＷＭドライブ回路（駆動手段）
１０ｅ 瞬時電圧補償器（調整手段）
１０ｆ 正弦波発生器（正弦波発生手段）

Claims (9)

1. 他の無停電電源装置と並列に接続され、共通の負荷に交流電力を供給する無停電電源装置において、
   直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、
   上記電力変換手段の動作の基準となる正弦波を発生する正弦波発生手段と、
   上記正弦波発生手段によって発生された正弦波に応じて上記電力変換手段を駆動する駆動手段と、
   上記電力変換手段の出力電圧に応じて上記正弦波発生手段が発生する正弦波を調整して上記駆動手段に供給する調整手段と、を有し、
   上記調整手段は、上記電力変換手段の出力電流も参照して、正弦波の調整を行うことを特徴とする無停電電源装置。
2. 前記正弦波発生手段は、前記電力変換手段から出力される有効電力に応じた振幅と、無効電力に応じた位相を有する正弦波を発生することを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
3. 前記調整手段は、前記電力変換手段の出力電流に対応する信号に対して所定のフィルタリング処理を施して得られた信号に基づいて正弦波の調整を行うことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
4. 前記フィルタリング処理の伝達関数ｆ（ｓ）は、ｆ（ｓ）＝ｆ_０／（１＋ｓ／ω_ｆ）であることを特徴とする請求項３記載の無停電電源装置。
5. 前記電力変換手段の寄生抵抗をｒ_ｓとした場合に、前記伝達関数に含まれるｆ_０は、ｆ_０＞＞ｒ_ｓとなるように設定されていることを特徴とする請求項４記載の無停電電源装置。
6. 前記電力変換手段が出力する交流電力の基本角周波数をω_０とし、前記電力変換手段のインダクタンス成分をＬ_Ｆとした場合に、前記伝達関数に含まれるｆ_０は、ｆ_０＞＞ω_０・Ｌ_Ｆとなるように設定されていることを特徴とする請求項４記載の無停電電源装置。
7. 他の無停電電源装置と並列に接続され、共通の負荷に交流電力を供給する無停電電源装置の制御方法において、
   直流電力を交流電力に変換する電力変換ステップと、
   上記電力変換ステップの動作の基準となる正弦波を発生する正弦波発生ステップと、
   上記正弦波発生ステップによって発生された正弦波に応じて上記電力変換ステップを駆動する駆動ステップと、
   上記電力変換ステップの出力電圧に応じて上記正弦波発生ステップが発生する正弦波を調整して上記駆動ステップに供給する調整ステップと、を有し、
   上記調整ステップは、上記電力変換ステップの出力電流も参照して、正弦波の調整を行うことを特徴とする無停電電源装置の制御方法。
8. 他の無停電電源装置と並列に接続され、共通の負荷に交流電力を供給する無停電電源装置の制御用プログラムにおいて、
   コンピュータを、
   直流電力を交流電力に変換する電力変換手段、
   上記電力変換手段の動作の基準となる正弦波を発生する正弦波発生手段、
   上記正弦波発生手段によって発生された正弦波に応じて上記電力変換手段を駆動する駆動手段、
   上記電力変換手段の出力電圧に応じて上記正弦波発生手段が発生する正弦波を調整して上記駆動手段に供給する調整手段、として機能させ、
   上記調整手段は、上記電力変換手段の出力電流も参照して、正弦波の調整を行うことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な制御用プログラム。
9. 複数の無停電電源装置が並列に接続され、共通の負荷に交流電力を供給する無停電電源システムにおいて、
   各無停電電源装置は、
   直流電力を交流電力に変換する電力変換手段と、
   上記電力変換手段の動作の基準となる正弦波を発生する正弦波発生手段と、
   上記正弦波発生手段によって発生された正弦波に応じて上記電力変換手段を駆動する駆動手段と、
   上記電力変換手段の出力電圧に応じて上記正弦波発生手段が発生する正弦波を調整して上記駆動手段に供給する調整手段と、を有し、
   上記調整手段は、上記電力変換手段の出力電流も参照して、正弦波の調整を行うことを特徴とする無停電電源システム。

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