JP7242427B2 - 無停電電源システム - Google Patents

Description

この発明は無停電電源システムに関し、特に、負荷に対して並列接続される複数の無停電電源装置を備えた無停電電源システムに関する。

たとえば特許文献１には、負荷に対して並列接続される複数の無停電電源装置を備えた無停電電源システムが開示されている。各無停電電源装置は、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータとを含む。

この無停電電源システムでは、負荷電流を供給するために必要な無停電電源装置の適正運転台数を求め、その適正運転台数と現在の運転台数と優先順位とに基いて、各無停電電源装置を運転状態にするか停止状態にするかを判別し、運転状態にすると判別した各無停電電源装置のコンバータおよびインバータを運転し、停止状態にすると判別した各無停電電源装置のコンバータおよびインバータの運転を停止する。

特開２０１３－３１３２５号公報

しかし、特許文献１では、各無停電電源装置を運転状態か停止状態とし、停止状態の無停電電源装置に属するコンバータおよびインバータの運転を停止するので、負荷電流が増大した場合、停止状態の無停電電源装置を運転状態にするために時間が掛かり、負荷電流の増大に迅速に対応することができないという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、負荷電流の増大に迅速に対応することが可能な無停電電源システムを提供することである。

この発明に係る無停電電源システムは、負荷に対して並列接続される複数の電力変換装置と、制御装置とを備えたものである。各電力変換装置は、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する順変換器と、直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給する逆変換器とを含む。制御装置は、負荷電流を供給するために必要な電力変換装置の適正運転台数を求め、現在の運転台数と適正運転台数と運転の優先順位とに基づいて、各電力変換装置を運転状態および待機状態のうちのいずれの状態にするかを判別する。そして制御装置は、運転状態にすると判別した各電力変換装置に属する順変換器および逆変換器を運転し、待機状態にすると判別した各電力変換装置に属する順変換器を運転するとともに逆変換器の運転を停止する。

この発明に係る無停電電源システムでは、各電力変換装置を運転状態か待機状態とし、待機状態の電力変換装置に属する順変換器を運転するとともに逆変換器の運転を停止する。したがって、負荷電流が増大した場合に、待機状態の電力変換装置を運転状態に迅速に移行させることができ、負荷電流の増大に迅速に対応することができる。

実施の形態１による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。 図１に示す無停電電源装置の負荷率と効率の関係を示す図である。 図１に示す制御回路の構成を示すブロック図である。 図３に示す制御回路の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２による無停電電源システムの要部を示す回路ブロック図である。 図５に示す制御回路の動作を示すフローチャートである。 実施の形態３による無停電電源システムの要部を示す回路ブロック図である。 実施の形態４による無停電電源システムの要部を示す回路ブロック図である。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。図１において、この無停電電源システムは、複数（たとえば３つ）の無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３、複数のバッテリＢ１～Ｂ３、および複数の通信ケーブル８を備える。以下の説明では、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３を包括的に無停電電源装置Ｕと称し、バッテリＢ１～Ｂ３を包括的にバッテリＢと称する場合がある。

各無停電電源装置Ｕは、入力端子Ｔ１、バッテリ端子Ｔ２、出力端子Ｔ３、スイッチＳＷ１～ＳＷ３、電流検出器ＣＤ１，ＣＤ２、コンデンサＣ１，Ｃ２，３、リアクトルＬ１，Ｌ２、コンバータ１、直流ライン２、抵抗素子４、双方向チョッパ５、インバータ６、および制御回路７を含む。

入力端子Ｔ１は、商用交流電源９から供給される商用周波数の交流電圧ＶＩを受ける。交流電圧ＶＩの瞬時値は、制御回路７によって検出される。制御回路７は、たとえば、交流電圧ＶＩが下限値よりも高い場合には、商用交流電源９から交流電圧ＶＩが正常に供給されていると判別し、交流電圧ＶＩが下限値よりも低下した場合には商用交流電源９の停電が発生したと判別する。また、制御回路７は、交流電圧ＶＩに同期してコンバータ１およびインバータ６を制御する。

バッテリ（電力貯蔵装置）Ｂ１～Ｂ３は、それぞれ無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３のバッテリ端子Ｔ２に接続される。バッテリＢは、直流電力を蓄える。バッテリＢの端子間電圧ＶＢの瞬時値は、制御回路７によって検出される。バッテリＢの代わりにコンデンサが接続されていても構わない。無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３の出力端子Ｔ３は、ともに負荷１０に接続される。負荷１０は、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３から供給される交流電力によって駆動される。

スイッチＳＷ１の一方端子は入力端子Ｔ１に接続され、その他方端子はリアクトルＬ１を介してコンバータ１の入力ノードに接続される。コンデンサＣ１は、スイッチＳＷ１の他方端子に接続される。スイッチＳＷ１は、対応する無停電電源装置Ｕの使用時にオンされ、たとえば無停電電源装置Ｕのメンテナンス時にオフされる。

コンデンサＣ１およびリアクトルＬ１は、交流フィルタＦ１を構成する。交流フィルタＦ１は、低域通過フィルタであり、商用交流電源９からコンバータ１に商用周波数の交流電流を流し、コンバータ１で発生するスイッチング周波数の信号が商用交流電源９側に流れることを防止する。電流検出器ＣＤ１は、商用交流電源９から無停電電源装置Ｕに流入する電流Ｉ１を検出し、その検出値を示す信号φＩ１を制御回路７に与える。

コンバータ１は、制御回路７によって制御され、商用交流電源９から交流電力が正常に供給されている場合（商用交流電源９の健全時）には、商用交流電源９から供給される交流電力を直流電力に変換して直流ライン２に出力する。商用交流電源９からの交流電力の供給が停止された場合（商用交流電源９の停電時）には、コンバータ１の運転は停止される。コンバータ１および交流フィルタＦ１は、交流電圧を直流電圧に変換する順変換器を構成する。

直流ライン２は、コンバータ１、双方向チョッパ５、およびインバータ６に接続される。直流ライン２に現れる直流電圧ＶＤＣは制御回路７によって検出される。制御回路７は、商用交流電源９の健全時には、コンバータ１の直流出力電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒになるようにコンバータ１を制御する。

コンデンサ３は、直流ライン２に接続され、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣを平滑化および安定化させる。抵抗素子４は、コンデンサ３に並列接続される。抵抗素子４は、無停電電源装置Ｕが故障した場合に直流電圧ＶＤＣを低下させ、無停電電源装置Ｕの使用者を保護するために設けられている。抵抗素子４の抵抗値は、コンバータ１の運転が停止された場合に、コンデンサ３の端子間電圧ＶＤＣをたとえば数十分で０Ｖに低下させることが可能な値に設定されている。

双方向チョッパ５の高電圧側ノードは直流ライン２に接続され、その低電圧側ノードはスイッチＳＷ２を介してバッテリ端子Ｔ２に接続されている。双方向チョッパ５は、制御回路７によって制御され、商用交流電源９の健全時には、コンバータ１によって生成された直流電力をバッテリＢに蓄え、商用交流電源９の停電時には、バッテリＢの直流電力をインバータ６に供給する。スイッチＳＷ２は、無停電電源装置Ｕの使用時にオンされ、たとえばバッテリＢのメンテナンス時にオフされる。

制御回路７は、商用交流電源９の健全時には、バッテリＢの端子間電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるように双方向チョッパ５を制御し、商用交流電源９の停電時には、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒになるように双方向チョッパ５を制御する。

インバータ６は、制御回路７によって制御され、商用交流電源９の健全時には、コンバータ１によって生成された直流電力を商用周波数の交流電力に変換し、商用交流電源９の停電時には、バッテリＢから双方向チョッパ５を介して供給される直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。

インバータ６によって交流電圧ＶＯを生成するためには、直流電圧ＶＤＣを下限電圧ＶＬよりも高い電圧にする必要がある。たとえば、実効値が４１５Ｖの交流電圧ＶＯを生成する場合には、下限電圧ＶＬは６００Ｖに設定される。参照電圧ＶＤＣｒは、下限電圧ＶＬよりも所定電圧だけ高い電圧に設定される。

リアクトルＬ２の一方端子はインバータ６の出力ノードに接続され、その他方端子はスイッチＳＷ３を介して出力端子Ｔ３に接続される。コンデンサＣ２は、リアクトルＬ２の他方端子に接続される。コンデンサＣ２およびリアクトルＬ２は、交流フィルタＦ２を構成する。

交流フィルタＦ２は、低域通過フィルタであり、インバータ６から負荷１０側に商用周波数の交流電流を流し、インバータ６で発生するスイッチング周波数の信号が負荷１０側に通過することを防止する。換言すると交流フィルタＦ２は、インバータ６から出力される矩形波状の電圧を商用周波数の正弦波状の電圧に変換する。インバータ６および交流フィルタＦ２は、直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器を構成する。

リアクトルＬ２の他方端子に現れる交流出力電圧ＶＯの瞬時値は、制御回路７によって検出される。電流検出器ＣＤ２は、無停電電源装置Ｕから負荷１０に流れる電流Ｉ２を検出し、その検出値を示す信号φＩ２を制御回路７に与える。

スイッチＳＷ３は、制御回路７によって制御される。制御回路７は、対応する無停電電源装置Ｕを運転状態にする場合にはスイッチＳＷ３をオンし、対応する無停電電源装置Ｕを待機状態にする場合にはスイッチＳＷ３をオフする。

制御回路７は、他の各無停電電源装置Ｕの制御回路７と通信ケーブル８によって互いに接続され、通信ケーブル８を介して他の各無停電電源装置Ｕの制御回路７と情報の授受を行なう。複数の無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３に含まれる複数の制御回路７は、無停電電源システムを制御する１つの制御装置を構成する。

以下の説明では、各制御回路７から見て当該制御回路７が属する無停電電源装置Ｕを自装置と称し、各制御回路７から見て当該制御回路７が属さない無停電電源装置Ｕを他装置と称する場合がある。

複数の制御回路７は、複数の電流検出器ＣＤ２の検出結果に基づいて、無停電電源装置Ｕの現在の運転台数Ｎと、複数のインバータ６の出力電流Ｉ２の和の電流すなわち負荷電流ＩＬを求める。そして、複数の制御回路７は、複数の無停電電源装置Ｕの分担電流ＩＤ＝ＩＬ／Ｎを求め、各インバータ６の出力電流Ｉ２が分担電流ＩＤになるように、各無停電電源装置Ｕに含まれるコンバータ１およびインバータ６を制御する。

また、複数の制御回路７は、負荷電流ＩＬを供給するために必要な無停電電源装置Ｕの適正運転台数Ｎｃを求め、求めた適正運転台数Ｎｃと、現在の運転台数Ｎと、予め定められた運転の優先順位とに基いて、各無停電電源装置Ｕを運転状態および待機状態のうちのいずれの状態にさせるかを判別する。

複数の制御回路７は、運転状態にすると判別した無停電電源装置Ｕに属するコンバータ１およびインバータ６を運転し、スイッチＳＷ３をオンする。また、複数の制御回路７は、待機状態にすると判別した無停電電源装置Ｕに属するコンバータ１を運転し、インバータ６の運転を停止し、スイッチＳＷ３をオフする。待機状態にすると判別した無停電電源装置Ｕに属するコンバータ１を運転するのは、コンバータ１の直流出力電圧ＶＤＣが下限電圧ＶＬよりも低下することを防止し、負荷電流ＩＬの増大に迅速に対応するためである。

ここで、無停電電源装置Ｕの運転台数を制御する理由について説明する。図２は、図１に示した無停電電源装置Ｕの負荷率（％）と効率（％）の関係を示す図である。図２において、負荷率（％）が２０～１００（％）である場合には９５％以上の高い効率（％）を得ることができるが、負荷率（％）が２０（％）よりも低くなると効率（％）が急に低下することが分かる。

Ｎ台の無停電電源装置Ｕを並列運転している場合、負荷電流ＩＬがＮ台の無停電電源装置Ｕに均等に分担され、各無停電電源装置Ｕの分担電流ＩＤはＩＤ＝ＩＬ／Ｎとなる。Ｎ台の無停電電源装置Ｕを並列運転している場合において、各無停電電源装置Ｕの負荷率（％）が２０（％）以下になり、効率（％）が低いときには、ｎ台の無停電電源装置Ｕの運転を停止することにより、各無停電電源装置Ｕの分担電流ＩＤ＝ＩＬ／（Ｎ－ｎ）を大きくし、各無停電電源装置Ｕの効率（％）を大きくすることができる。ただし、Ｎは２以上の整数であり、ｎは１以上でＮ以下の整数である。

たとえば、４台の無停電電源装置Ｕを並列運転しており、負荷率（％）が２０（％）である場合、２台の無停電電源装置Ｕの運転を停止することにより、負荷率（％）を４０（％）にし、効率（％）を高めることができる。

したがって、効率（％）の良い負荷率（％）になるように、たとえば図２では負荷率（％）が３０～６０（％）になるように、無停電電源装置Ｕの運転台数を制御することにより、無停電電源システム全体の効率を向上させることができる。

図３は、制御回路７のうちのコンバータ１、インバータ６、およびスイッチＳＷ３の制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。図３において、制御回路７は、通信端子Ｔ４，Ｔ５、演算部１１、記憶部１２、判別部１３、操作部１４、電圧検出器１５～１７、制御部１８、および制御電源１９を含む。

通信端子Ｔ４は、自装置（たとえばＵ１）の演算部１１および制御部１８に接続されるとともに、通信ケーブル８を介して他装置（たとえばＵ２）の演算部１１および制御部１８に接続される。通信端子Ｔ５は、自装置の演算部１１および制御部１８に接続されるとともに、通信ケーブル８を介してもう１つの他装置（たとえばＵ３）の演算部１１および制御部１８に接続される。

演算部１１は、自装置の電流検出器ＣＤ２の出力信号φＩ２を通信端子Ｔ４，Ｔ５を介して２つの他装置の演算部１１および制御部１８に送信するとともに、２つの他装置の電流検出器ＣＤ２の出力信号φＩ２を通信端子Ｔ４，Ｔ５を介して受信する。そして演算部１１は、３つの電流検出器ＣＤ２の出力信号φＩ２に基づいて、無停電電源装置Ｕの現在の運転台数Ｎを求め、求めた運転台数Ｎを判別部１３に与える。

また、演算部１１は、３つの電流検出器ＣＤ２の出力信号φＩ２に基づいて、３つのインバータ６の出力電流の和の電流、すなわち無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３から負荷１０に供給される負荷電流ＩＬを求め、その負荷電流ＩＬを供給するために必要な無停電電源装置Ｕの適正運転台数Ｎｃを求め、求めた適正運転台数Ｎｃを判別部１３に与える。適正運転台数Ｎｃの無停電電源装置Ｕを運転することにより、無停電電源システムの効率（％）を高めることができる。

記憶部１２には、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３が運転状態になる優先順位が格納されている。優先順位は、たとえば、無停電電源装置Ｕの番号順に設定される。この場合、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３の優先順位は、それぞれ第１位、第２位、第３位である。

判別部１３は、演算部１１によって求められた現在の運転台数Ｎおよび適正運転台数Ｎｃと、記憶部１２に格納された運転の優先順位とに基いて、自装置を運転状態にするか待機状態にするかを判別し、判別結果を示す信号φ１３を制御部１８に与える。

たとえば、現在の運転台数Ｎが３台であり、適正運転台数Ｎｃが２台である場合、判別部１３は、運転台数Ｎを１台減少させるべきであると判別する。判別部１３は、自装置の優先順位に基いて、自装置を待機状態にするか運転状態にするかを判別する。

無停電電源装置Ｕ１の判別部１３は、自装置の優先順位が第１位であるので、自装置を運転状態にするべきであると判別する。無停電電源装置Ｕ２の判別部１３は、自装置の優先順位が第２位であるので、自装置を運転状態にするべきであると判別する。無停電電源装置Ｕ３の判別部１３は、自装置の優先順位が第３位であるので、自装置を待機状態にするべきであると判別する。

逆に、現在の運転台数Ｎが２台であり、適正運転台数Ｎｃが３台である場合、判別部１３は、運転台数Ｎを１台増加させるべきであると判別する。無停電電源装置Ｕ１の判別部１３は、自装置の優先順位が第１位であるので、自装置を運転状態にするべきであると判別する。無停電電源装置Ｕ２の判別部１３は、自装置の優先順位が第２位であるので、自装置を運転状態にするべきであると判別する。無停電電源装置Ｕ３の判別部１３は、自装置の優先順位が第３位であるので、自装置を運転状態にするべきであると判別する。

操作部１４は、たとえば操作ボタンを含む。システムの使用者は、操作部１４を操作することにより、無停電電源装置Ｕを手動で運転したり、自動的に運転させることができる。また、システムの使用者は、操作部１４を操作することにより、無停電電源装置Ｕの番号、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３が運転状態になる優先順位などを記憶部１２に書込むことができる。

１台の無停電電源装置Ｕの操作部１４を用いて運転の優先順位を記憶部１２に書込むと、その優先順位は制御部１８によって全ての無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３の記憶部１２に書き込まれる。なお、無停電電源装置Ｕの番号は、その無停電電源装置Ｕが設置された位置、順番などにより自動的に設定されるようになっていてもよい。

電圧検出器１５は、商用交流電源９から供給される交流電圧ＶＩの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御部１８に与える。電圧検出器１６は、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣを検出し、その検出値を示す信号を制御部１８に与える。電圧検出器１７は、インバータ６および交流フィルタＦ２によって生成された交流電圧ＶＯの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御部１８に与える。

制御部１８は、判別部１３によって自装置を待機状態にすると判別された場合には、自装置のコンバータ１を運転し、インバータ６の運転を停止し、スイッチＳＷ３をオフさせる。このとき制御部１８は、電圧検出器１５，１６および電流検出器ＣＤ１の出力信号φＩ１に基づいて、コンバータ１の直流出力電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒになるようにコンバータ１を制御する。これは、負荷電流ＩＬが増大した場合に、自装置を待機状態から運転状態に迅速に移行させるためである。

すなわち、仮に、自装置を待機状態にすると判別された場合にコンバータ１の運転を停止すると、コンデンサ３（図１）が抵抗素子４によって放電され、直流電圧ＶＤＣが０Ｖに低下してしまう。直流電圧ＶＤＣが下限電圧ＶＬよりも低い場合には、インバータ６によって交流電圧ＶＯを生成することができない。したがって、負荷電流ＩＬが増大し、自装置を待機状態から運転状態に移行させる必要が生じた場合には、コンバータ１を運転して直流電圧ＶＤＣを０Ｖから下限電圧ＶＬまで上昇させるための時間が掛かり、負荷電流ＩＬの増大に迅速に対応することができない。

これに対して本実施の形態１では、自装置を待機状態にすると判別された場合にコンバータ１を運転するので、直流電圧ＶＤＣを下限電圧ＶＬよりも高い参照電圧ＶＤＣｒに維持することができる。したがって、負荷電流ＩＬが増大し、自装置を待機状態から運転状態に移行させる必要が生じた場合には、直ぐにインバータ６を運転することができ、負荷電流ＩＬの増大に迅速に対応することができる。

また、制御部１８は、判別部１３によって自装置を運転状態にすると判別された場合には、自装置のコンバータ１およびインバータ６を運転し、スイッチＳＷ３をオンさせる。このとき制御部１８は、電圧検出器１５，１６および電流検出器ＣＤ１の出力信号φＩ１に基づいて、コンバータ１の直流出力電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒになるようにコンバータ１を制御する。また、制御部１８は、電圧検出器１５，１７および電流検出器ＣＤ２の出力信号φＩ２に基づき、商用交流電源９からの交流電圧ＶＩに同期してインバータ６を制御し、商用周波数の交流電圧ＶＯを生成する。

また、制御部１８は、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３の電流検出器ＣＤ２の出力信号φＩ２に基づいて、無停電電源装置Ｕの現在の運転台数Ｎと、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３のインバータ６の出力電流Ｉ２の和の電流すなわち負荷電流ＩＬを求める。そして、制御部１８は、自装置の分担電流ＩＤ＝ＩＬ／Ｎを求め、インバータ６の出力電流Ｉ２が分担電流ＩＤになるように、自装置のコンバータ１およびインバータ６を制御する。

また、制御部１８は、電圧検出器１５の出力信号に基づいて、商用交流電源９から交流電圧ＶＩが正常に供給されているか否かを判別する。制御部１８は、交流電圧ＶＩが下限値よりも小さい場合には、交流電圧ＶＩが正常に供給されておらず、停電が発生したと判別し、コンバータ１の運転を停止する。さらに、制御部１８は、電圧検出器１６によって検出される直流電圧ＶＤＣが下限値よりも低下した場合には、バッテリＢの直流電力が下限値よりも減少したと判別し、インバータ６の運転を停止し、スイッチＳＷをオフする。

制御電源１９は、制御回路７全体に電源電圧ＶＣＣを供給する。コンバータ１およびインバータ６の運転が停止されている場合でも、制御回路７は制御電源１９からの電源電圧ＶＣＣによって駆動され続ける。

図４は、図３に示した制御回路７の動作を示すフローチャートである。制御回路７が動作するときには、無停電電源システムの電源がオンされ、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３のうちの所定台数（たとえば２台）の無停電電源装置Ｕが運転状態にされているものとする。

図４のステップＳ１において演算部１１は、自装置の電流検出器ＣＤ２の出力信号φＩ２に基づいて、自装置のインバータ６の出力電流Ｉ２を検出する。自装置のインバータ６の出力電流Ｉ２の検出値は、２つの他装置の演算部１１および制御部１８に与えられる。逆に、２つの他装置のインバータ６の出力電流Ｉ２の検出値が自装置の演算部１１および制御部１８に与えられる。

ステップＳ２において演算部１１は、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３のインバータ６の出力電流Ｉ２の検出値に基づいて、無停電電源装置Ｕの現在の運転台数Ｎを検出する。また、演算部１１は、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３のインバータ６の出力電流Ｉ２の検出値を合計して、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３から負荷１０に供給されている負荷電流ＩＬを検出する。

ステップＳ３において演算部１１は、ステップＳ２で求めた負荷電流ＩＬに基いて、負荷１０を運転するために必要な無停電電源装置Ｕの適正運転台数Ｎｃを求める。たとえば、無停電電源装置Ｕの定格電流がＩｒであり、負荷電流ＩＬが定格電流Ｉｒの１．５倍である場合は無停電電源装置Ｕの適正運転台数Ｎｃは２台である。適正運転台数Ｎｃの無停電電源装置Ｕを運転すると、無停電電源システム全体としての効率（％）が高くなる。

ステップＳ４において判別部１３は、ステップＳ２で求められた現在の運転台数Ｎと、ステップＳ３で求められた適正運転台数Ｎｃと、記憶部１２に記憶された運転の優先順位とに基いて、自装置を運転状態にするか待機状態にするかを判別する。

ステップＳ４において自装置を運転状態にすると判別された場合には、ステップＳ５において制御部１８は、自装置のコンバータ１およびインバータ６を運転するとともにスイッチＳＷ３をオンする。

ステップＳ４において自装置を待機状態にすると判別された場合には、ステップＳ６において制御部１８は、自装置のコンバータ１を運転し、インバータ６の運転を停止し、スイッチＳＷ３をオフする。ステップＳ５またはＳ６の後に、ステップＳ１が再度実行される。

以上のように、この実施の形態１では、各無停電電源装置Ｕを運転状態または待機状態とし、運転状態の無停電電源装置Ｕに属するコンバータ１およびインバータ６を運転し、待機状態の無停電電源装置Ｕに属するコンバータ１を運転するとともにインバータ６の運転を停止する。したがって、各無停電電源装置Ｕにおいてコンバータ１の直流出力電圧ＶＤＣが低下することを防止することができ、負荷電流ＩＬの増大に迅速に対応することができる。

なお、この実施の形態１では、本願発明が３台の無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３を備えた無停電電源システムに適用された場合について説明したが、これに限るものではなく、本願発明は４台以上の無停電電源装置Ｕを備えた無停電電源システムにも適用可能であることは言うまでもない。

また、この実施の形態１では、自装置が待機状態の場合でも自装置が運転状態の場合と同様に、コンバータ１の直流出力電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣになるようにコンバータ１を制御した。しかし、自装置が待機状態の場合には、インバータ６の運転を停止するので、コンバータ１によってインバータ６の消費電力を生成する必要はない。そこで、自装置を待機状態にすると判別された場合には、コンバータ１の直流出力電圧ＶＤＣが下限電圧ＶＬよりも大きくなるように、コンバータ１を間欠的に動作させても構わない。

コンバータ１を間欠的に動作させる方法としては、第１の時間（たとえば１秒）だけコンバータ１を運転する動作と、第２の時間（たとえば５秒）だけコンバータ１の運転を停止する動作とを交互に実行する方法がある。第１の時間および第２の時間は、コンバータ１の直流出力電圧ＶＤＣが下限電圧ＶＬよりも大きくなるように設定される。この変更例では、実施の形態１に比べ、待機状態の無停電電源装置Ｕにおける消費電力を低減することができる。

[実施の形態２]
実施の形態１では、負荷電流ＩＬの増大に迅速に対応するために、運転状態の無停電電源装置Ｕ以外のすべての無停電電源装置Ｕを待機状態とし、待機状態の無停電電源装置Ｕに属するコンバータ１を運転した。

しかし、負荷電流ＩＬが増大したとしても、所定台数（たとえば１台）の無停電電源装置Ｕを待機状態から運転状態にすれば足りることが予め分かっている場合には、運転状態の無停電電源装置Ｕ以外のすべての無停電電源装置Ｕを待機状態とする必要はなく、所定台数の無停電電源装置Ｕだけを待機状態にすれば足りる。この実施の形態１では、この問題の解決が図られる。

図５は、この発明の実施の形態２による無停電電源システムの要部を示すブロック図であって、図３と対比される図である。図５を参照して、この無停電電源システムが実施の形態１と異なる点は、判別部１３および制御部１８がそれぞれ判別部１３Ａおよび制御部１８Ａで置換されている点である。記憶部１２には、複数の無停電電源装置Ｕの運転の優先順位と、待機状態にすべき無停電電源装置Ｕの台数Ｘ（たとえば１台）が記憶されている。

判別部１３Ａは、演算部１１によって求められた現在の運転台数Ｎおよび適正運転台数Ｎｃと、記憶部１２に格納された待機状態にすべき無停電電源装置Ｕの台数Ｘおよび運転の優先順位とに基いて、自装置を運転状態にするか待機状態にするかを判別し、判別結果を示す信号φ１３を制御部１８に与える。

たとえば、現在の運転台数Ｎが２台であり、適正運転台数Ｎｃが１台である場合、判別部１３Ａは、運転台数Ｎを１台減少させるべきであると判別する。判別部１３Ａは、所定台数Ｘおよび自装置の優先順位に基いて、自装置を運転状態、待機状態、および停止状態のうちのいずれの状態にするかを判別する。

無停電電源装置Ｕ１の判別部１３Ａは、自装置の優先順位が第１位であるので、自装置を運転状態にするべきであると判別する。無停電電源装置Ｕ２の判別部１３Ａは、自装置の優先順位が第２位であり、待機状態にすべき無停電電源装置Ｕの台数Ｘが１であるので、自装置を待機状態にするべきであると判別する。無停電電源装置Ｕ３の判別部１３Ａは、自装置の優先順位が第３位であり、待機状態にすべき無停電電源装置Ｕの台数Ｘが１であるので、自装置を停止状態にするべきであると判別する。

逆に、現在の運転台数Ｎが１台であり、適正運転台数Ｎｃが２台である場合、判別部１３Ａは、運転台数Ｎを１台増加させるべきであると判別する。無停電電源装置Ｕ１の判別部１３Ａは、自装置の優先順位が第１位であるので、自装置を運転状態にするべきであると判別する。無停電電源装置Ｕ２の判別部１３Ａは、自装置の優先順位が第２位であるので、自装置を運転状態にするべきであると判別する。無停電電源装置Ｕ３の判別部１３Ａは、自装置の優先順位が第３位であり、待機状態にすべき無停電電源装置Ｕの台数Ｘが１であるので、自装置を待機状態にするべきであると判別する。

制御部１８Ａは、判別部１３Ａによって自装置を運転状態にすると判別された場合には、自装置のコンバータ１およびインバータ６を運転し、スイッチＳＷ３をオンさせる。また、制御部１８Ａは、判別部１３Ａによって自装置を待機状態にすると判別された場合には、自装置のコンバータ１を運転し、インバータ６の運転を停止し、スイッチＳＷ３をオフさせる。また、制御部１８Ａは、判別部１３Ａによって自装置を停止状態にすると判別された場合には、自装置のコンバータ１およびインバータ６の運転を停止し、スイッチＳＷ３をオフさせる。

図６は、図５に示した制御回路７の動作を示すフローチャートであって、図４と対比される図である。図６を参照して、この制御回路７の動作が図４の動作と異なる点は、ステップＳ４がステップＳ４Ａで置換され、ステップＳ７が追加されている点である。

ステップＳ４Ａにおいて判別部１３Ａは、ステップＳ２で求められた現在の運転台数Ｎと、ステップＳ３で求められた適正運転台数Ｎｃと、記憶部１２に記憶された待機状態にすべき無停電電源装置Ｕの台数Ｘおよび運転の優先順位とに基いて、自装置を運転状態、待機状態、および停止状態のうちのいずれの状態にするかを判別する。

ステップＳ４Ａにおいて停止状態にすると判別された場合には、ステップＳ７において制御部１８Ａは、自装置のコンバータ１およびインバータ６の運転を停止し、スイッチＳＷ３をオフする。ステップＳ５，Ｓ６，またはＳ７の後に、ステップＳ１が再度実行される。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

この実施の形態２でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。また、停止状態にすると判別された無停電電源装置Ｕのコンバータ１の運転を停止するので、実施の形態１と比べ、無停電電源システムの消費電力を低減し、効率（％）を高めることができる。

［実施の形態３］
図７は、この発明の実施の形態３による無停電電源システムの要部を示すブロック図であって、図３と対比される図である。図７を参照して、この実施の形態３では、各無停電電源装置Ｕの制御回路７内にタイマー２０が設けられる。

タイマー２０は、自装置が運転状態にされた時間を計測し、計測した時間が所定時間に到達したことに応じて書換指令信号を一定時間だけ出力する。タイマー２０から書換指令信号が出力されると、そのタイマー２０の計測時間は０秒にリセットされる。

制御部１８は、タイマー２０からの書換指令信号に応答して、記憶部１２に格納された運転の優先順位を更新し、自装置の優先順位を最下位にし、２つの他装置の優先順位を１つずつ繰り上げる。

たとえば、無停電電源装置Ｕ１の制御部１８は、タイマー２０からの書換指令信号に応答して、記憶部１２に格納された運転の優先順位を更新し、対応する無停電電源装置Ｕ１の優先順位を最下位にし、他の無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の優先順位を１つずつ繰り上げる。すなわち、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３が運転状態にされる優先順位は、それぞれ第３位、第１位、第２位に更新される。

図４で示したように、ステップＳ４において判別部１３は、ステップＳ２で求められた現在の運転台数Ｎと、ステップＳ３で求められた適正運転台数Ｎｃと、記憶部１２に記憶された運転の優先順位とに基いて、自装置を運転状態にするか待機状態にするかを判別する。

したがって、たとえば３台の無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３のうちの１台の無停電電源装置Ｕのみを運転状態にする状況が連続する場合には、３台の無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３が１台ずつ順次運転される。他の構成および動作は実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

以上のように、この実施の形態３では、たとえば１台の無停電電源装置Ｕを運転状態にする場合、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３を１台ずつ順次、運転状態にする。したがって、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３の運転時間を均等化することができるので、運転状態にされる無停電電源装置Ｕが決められていた実施の形態１と比べ、各無停電電源装置Ｕの故障の発生を遅らせることができる。

［実施の形態４］
図８は、この発明の実施の形態４による無停電電源システムの要部を示すブロック図であって、図３と対比される図である。図８を参照して、この実施の形態４では、各無停電電源装置Ｕの制御回路７内に故障検出器２１および報知部２２が追加される。

故障検出器２１は、自装置の故障の有無を検出し、自装置が故障した場合は故障検出信号を出力する。制御部１８は、自装置の故障検出器２１から故障検出信号が出力された場合には、自装置のコンバータ１およびインバータ６の運転を停止し、スイッチＳＷ３をオフさせる。

また、制御部１８は、自装置を優先順位から除外し、各他装置の運転の優先順位を１つ繰り上げる。たとえば、無停電電源装置Ｕ１～Ｕ３の優先順位がそれぞれ第１位～第３位である場合において無停電電源装置Ｕ１が故障したとき、無停電電源装置Ｕ１が優先順位から除外され、無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の優先順位がそれぞれ第１位および第２位にされる。無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３によって負荷１０の運転が継続される。

また、報知部２２は、自装置の故障検出器２１から故障検出信号に応答して、たとえば音、光、映像によって自装置が故障したことを無停電電源システムの使用者に報知する。使用者は、故障した無停電電源装置Ｕを修理する。他の構成および動作は実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

以上のように、この実施の形態４では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、１台の無停電電源装置Ｕが故障した場合でも、負荷１０の運転を継続することができる。

なお、上記実施の形態１～４および変更例を適宜組み合わせてもよいことは言うまでもない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記した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すべての変更が含まれることが意図される。

Ｕ１～Ｕ３ 無停電電源装置、Ｂ１～Ｂ３ バッテリ、Ｔ１ 入力端子、Ｔ２ バッテリ端子、Ｔ３ 出力端子、ＳＷ１～ＳＷ３ スイッチ、ＣＤ１，ＣＤ２ 電流検出器、Ｃ１，Ｃ２，３ コンデンサ、Ｌ１，Ｌ２ リアクトル、１ コンバータ、２ 直流ライン、４ 抵抗素子、５ 双方向チョッパ、６ インバータ、７ 制御回路、８ 通信ケーブル、９ 商用交流電源、１０ 負荷、Ｔ４，Ｔ５ 通信端子、１１ 演算部、１２ 記憶部、１３，１３Ａ 判別部、１４ 操作部、１５～１７ 電圧検出器、１８，１８Ａ 制御部、１９ 制御電源、２０ タイマー、２１ 故障検出器、２２ 報知部。

Claims (8)

1. 負荷に対して並列接続される複数の電力変換装置と、
   制御装置とを備え、
   各電力変換装置は、
   交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する順変換器と、
   直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷に供給する逆変換器と、
   前記順変換器および前記逆変換器に接続される直流ラインと、
   前記逆変換器と前記負荷との間に接続されるスイッチとを含み、
   前記直流ラインは、他の電力変換装置の前記直流ラインとは電気的に分離されており、
   前記制御装置は、
   負荷電流を供給するために必要な電力変換装置の適正運転台数を求め、
   現在の運転台数と前記適正運転台数と運転の優先順位とに基づいて、各電力変換装置を運転状態および待機状態のうちのいずれの状態にするかを判別し、
   前記運転状態にすると判別した各電力変換装置に属する前記順変換器および前記逆変換器を運転し、かつ、前記スイッチをオンし、
   前記待機状態にすると判別した各電力変換装置に属する前記順変換器を運転するとともに前記逆変換器の運転を停止し、かつ、前記スイッチをオフする、無停電電源システム。
2. 各電力変換装置は、
   前記順変換器の直流出力電圧を平滑化するコンデンサと、
   前記コンデンサに並列接続された抵抗素子とをさらに含む、請求項１に記載の無停電電源システム。
3. 前記制御装置は、前記運転状態にすると判別した各電力変換装置および前記待機状態にすると判別した各電力変換装置において、前記順変換器の直流出力電圧が参照電圧になるように前記順変換器を制御する、請求項１または請求項２に記載の無停電電源システム。
4. 前記制御装置は、
   前記運転状態にすると判別した各電力変換装置では、前記順変換器の直流出力電圧が参照電圧になるように前記順変換器を制御し、
   前記待機状態にすると判別した各電力変換装置では、前記順変換器の直流出力電圧が前記参照電圧よりも低い下限電圧よりも高くなるように前記順変換器を間欠的に制御する、請求項１または請求項２に記載の無停電電源システム。
5. 各電力変換装置は、前記逆変換器から前記負荷に流れる電流を検出する電流検出器をさらに含み、
   前記制御装置は、それぞれ前記複数の電力変換装置に対応して設けられた複数の制御回路を含み、
   各制御回路から見て当該制御回路に対応する電力変換装置は自装置であり、他の各電力変換装置は他装置であり、
   各制御回路は通信回線によって他の各制御回路と互いに結合され、
   各制御回路は、
   前記自装置の前記電流検出器の検出結果と前記通信回線を介して得られた各他装置の前記電流検出器の検出結果との合計から前記負荷電流を求め、その前記負荷電流を供給するために必要な電力変換装置の前記適正運転台数を求める演算部と、
   前記運転の優先順位を記憶した記憶部と、
   前記現在の運転台数と前記演算部によって求められた前記適正運転台数と前記記憶部に記憶された前記運転の優先順位とに基いて、前記自装置を前記運転状態および前記待機状態のうちのいずれの状態にするかを判別する判別部と、
   前記判別部によって前記運転状態にすると判別された各電力変換装置に属する前記順変換器および前記逆変換器を運転し、前記判別部によって前記待機状態にすると判別された各電力変換装置に属する前記順変換器を運転するとともに前記逆変換器の運転を停止する制御部とを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無停電電源システム。
6. 各制御回路は、前記自装置の前記逆変換器が運転されている時間を計測し、計測した時間が予め定められた時間に到達した場合に書換指令信号を出力するタイマをさらに含み、
   前記制御部は、前記自装置のタイマから前記書換指令信号が出力されたことに応じて、前記自装置の前記運転の優先順位を最下位にするとともに、前記通信回線を介して各他装置の前記運転の優先順位を１つ繰り上げ、
   各制御回路の前記記憶部は、前記制御部によって変更された前記運転の優先順位を記憶する、請求項５に記載の無停電電源システム。
7. 各制御回路は、前記自装置の故障の有無を検出する故障検出器をさらに含み、
   前記制御部は、前記故障検出器によって前記自装置の故障が検出された場合、前記自装置の運転を停止し、前記自装置を前記運転の優先順位から除外し、前記通信回線を介して各他装置の前記運転の優先順位を１つ繰り上げ、
   各制御回路の前記記憶部は、前記制御部によって変更された前記運転の優先順位を記憶する、請求項５または請求項６に記載の無停電電源システム。
8. 各電力変換装置は、前記交流電源の健全時には、前記順変換器によって生成された直流電力を電力貯蔵装置に蓄え、前記交流電源の停電時には、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記逆変換器に供給する双方向チョッパをさらに備え、
   前記逆変換器は、前記交流電源の健全時には、前記順変換器から供給される直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給し、前記交流電源の停電時には、前記双方向チョッパから供給される直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の無停電電源システム。

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