CN111480280A - 电力转换系统 - Google Patents

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Abstract

第1～第n(n是2以上的整数)电力转换装置(U1～Un)相对于负载(52)并联连接。在第1～第n配线部(W1～Wn)中，分别设有第1～第n熔断器(FS1～FSn)。第1～第n电力转换装置(U1～Un)分别包括转换器(1)、逆变器(2)、用来从转换器(1)向逆变器(2)供给直流电压的直流母线(L1～L3)和与直流母线(L1～L3)连接的电容器(C1、C2)。第i(1≤i≤n－1)配线部(Wi)连接在第i电力转换装置(Ui)的直流母线(L1～L3)与第(i+1)电力转换装置(U(i+1))的直流母线(L1～L3)之间。第n配线部(Wn)连接在第n电力转换装置(Un)的直流母线(L1～L3)与第1电力转换装置(U1)的直流母线(L1～L3)之间。

Description

电力转换系统
技术领域
本发明涉及电力转换系统，特别涉及具备相对于负载并联连接的多个电力转换装置的电力转换系统。
背景技术
以往，已知具备相对于负载并联连接的多个不间断电源装置的不间断电源系统。各不间断电源装置包括将从交流电源供给的交流电压转换为直流电压的顺转换电路(转换器)、将直流电压转换为交流电压并向负载施加的逆转换电路(逆变器)、以及用来将由顺转换电路生成的直流电压向逆转换电路供给的直流母线。
在日本特开2007－74823号公报(专利文献1)中，公开了具备直流正母线、直流负母线、两个熔断器及两个单位逆变器单元的电力转换装置。各单位逆变器单元包括相互并联连接的电容器及半导体模块。半导体模块的正侧端子经由熔断器与直流正母线连接，半导体模块的负侧端子与直流负母线连接。在单位逆变器单元的半导体模块故障而成为短路状态的情况下，流过过电流而熔断器熔断(成为非导通状态)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007－74823号公报
发明内容
发明要解决的课题
在以往的不间断电源系统中，存在如果多个逆变器的输出电压偏差，则在多个逆变器的输出端子间流过横向电流的问题。作为其对策，可以考虑通过使多个逆变器的输入电压均等来抑制多个逆变器的输出电压的偏差的方法。在该方法中，为了针对每个不间断电源装置对从转换器向逆变器供给的直流电压进行控制，需要检测直流电压的电压检测器。
此外，在不间断电源系统中，为了防止在启动时突入电流流入与各不间断电源装置的直流母线连接的电容器，需要准备启动而预先将电容器充电。因此，需要针对每个不间断电源装置设置用来将电容器充电的预充电电路。
如果这样针对每个不间断电源装置设置电压检测器及预充电电路，则不间断电源装置成为大型装置，结果导致不间断电源系统的大型化的问题。
所以，本发明的主要的目的是实现具备相对于负载并联连接的多个电力转换装置的电力转换系统的小型化。
用来解决课题的手段
根据本发明的一技术方案，电力转换系统具备：第1～第n(n是2以上的整数)电力转换装置，相对于负载并联连接；第1～第n配线部；以及第1～第n熔断器，分别设在第1～第n配线部。第1～第n电力转换装置分别包括：转换器，将交流电压转换为直流电压；逆变器，将直流电压转换为交流电压并向负载供给；直流母线，用来从转换器向逆变器供给直流电压；以及电容器，与直流母线连接，使直流电压平滑化。第i(1≤i≤n－1)配线部连接在第i电力转换装置的直流母线与第(i+1)电力转换装置的直流母线之间。第n配线部连接在第n电力转换装置的直流母线与第1电力转换装置的直流母线之间。
发明效果
根据本发明，能够实现具备相对于负载并联连接的多个电力转换装置的电力转换系统的小型化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的电力转换系统的结构的电路框图。
图2是表示转换器及逆变器各自包含的电力转换电路的结构的电路图。
图3是表示双向斩波器的结构的电路图。
图4是表示预充电电路的结构的电路图。
图5是用来说明本发明的实施方式的电力转换系统的动作的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。另外，以下对图中的相同或对应部分赋予相同的标号，在原则上不反复进行其说明。
(电力转换系统的结构)
图1是表示本发明的实施方式的电力转换系统的结构的电路框图。本发明的实施方式的电力转换系统例如可以应用到将多台不间断电源装置并联连接而向负载供电的不间断电源系统。
参照图1，不间断电源系统具备并联连接在交流电源51与负载52之间的n台(n是2以上的整数)不间断电源装置U1～Un。各不间断电源装置与“电力转换装置”的一个实施例对应。对于n台不间断电源装置U1～Un设置1个共用的电池53。电池53与“电力储存装置”的一个实施例对应。也可以代替电池53而设置电容器。不间断电源装置Uk(1≤k≤n)与“第k不间断电源装置(第k电力转换装置)”对应。
交流电源51向不间断电源装置U1～Un供给商用频率的三相交流电力。在将交流电源51与不间断电源装置U1～Un相连的连接线上设有开闭器8。开闭器8通过响应来自控制不间断电源系统整体的控制装置(未图示)的控制信号而成为导通/非导通(接通/断开)，从而将交流电源51与不间断电源装置U1～Un之间的电力供给路径导通/断路。负载52由从不间断电源装置U1～Un供给的商用频率的三相交流电力驱动。电池53积蓄直流电力。
不间断电源装置U1～Un分别包括转换器1、逆变器2、双向斩波器3、控制电路4、直流正母线L1、直流负母线L2、直流中性点母线L3及电容器C1、C2。
转换器1基于从交流电源51供给的三相交流电压生成正电压、负电压及中性点电压。由转换器1生成的正电压、负电压及中性点电压分别经由直流正母线L1、直流负母线L2及直流中性点母线L3施加给逆变器2。
电容器C1连接在直流正母线L1及直流中性点母线L3之间。电容器C1使直流母线L1、L3间的直流电压平滑化及稳定化。电容器C2连接在直流中性点母线L3及直流负母线L2之间。电容器C2使直流母线L3、L2间的直流电压平滑化及稳定化。
逆变器2基于从转换器1经由直流母线L1～L3供给的正电压、负电压及中性点电压生成三相交流电压，将该三相交流电压向负载52供给。
双向斩波器3在从交流电源51供给着三相交流电压的正常工作时，通过将直流母线L1、L3间的直流电压及直流母线L3、L2间的直流电压的各个降压并向电池53供给，从而将电池53充电。双向斩波器3在来自交流电源51的三相交流电压的供给停止的停电时，通过将电池53的端子间电压升压并向直流母线L1、L2间供给，从而使电池53放电。
控制电路4基于从交流电源51供给的三相交流电压、直流母线L1、L2、L3各自的直流电压、电池53的端子间电压、从逆变器2输出的三相交流电压及从逆变器2流到负载52的三相交流电流(负载电流)等，对转换器1、逆变器2及双向斩波器3进行控制。
不间断电源装置U1～Un的控制电路4通过通信线路9相互结合，收发包含负载电流的各种信息。控制电路4将不间断电源装置U1～Un的负载电流的总和除以运转中的不间断电源装置U的台数而求出本装置的分担电流。控制电路4对本装置进行控制以输出其分担电流。
(电力转换电路的结构)
图2是表示图1所示的转换器1及逆变器2各自包含的电力转换电路的结构的电路图。
参照图2，电力转换电路包括交流端子T1～T3、中性点端子T4、直流端子T5～T7、交流滤波器10及半导体模块20。
交流端子T1～T3用于传输接收三相交流电压。转换器1的中性点端子T4和逆变器2的中性点端子T4相互连接。直流端子T5～T7分别用于传输接收正电压、负电压及中性点电压。中性点电压是指正电压及负电压的中间电压。
交流滤波器10包括电抗器11～13及电容器14～16。电抗器11～13的一个端子分别与交流端子T1～T3连接，它们的另一个端子分别与半导体模块20的节点N1～N3连接。电容器14～16的一个电极分别与交流端子T1～T3连接，它们的另一个电极都与中性点端子T4连接。交流滤波器10是低通滤波器，使商用频率的三相交流电力通过，将由半导体模块20产生的开关频率的信号截断。
半导体模块20包括晶体管Q1～Q6、二极管D1～D6及交流开关S1～S3。晶体管Q1～Q6的各个例如是N沟道MOS(Metal Oxide Semiconductor)晶体管。晶体管Q1～Q3的漏极都与直流端子T5连接，它们的源极分别与节点N1～N3连接。晶体管Q4～Q6的漏极分别与节点N1～N3连接，它们的源极都与直流端子T6连接。
二极管D1～D6分别与晶体管Q1～Q6逆并联地连接。
交流开关S1～S3分别包括晶体管Q7、Q8及二极管D7、D8。晶体管Q7、Q8的各个例如是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。交流开关S1～S3的晶体管Q7的发射极分别与节点N1～N3连接，交流开关S1～S3的晶体管Q8的发射极都与直流端子T7连接。在各个交流开关S1～S3中，晶体管Q7、Q8的集电极相互连接。二极管D7、D8分别与晶体管Q7、Q8逆并联连接。
各个晶体管Q1～Q8被控制电路4进行PWM(Pulse Width Modulation)控制，与来自交流电源51的三相交流电压同步而在规定的定时接通/断开。例如，晶体管Q1～Q3与三相交流电压同步依次接通/断开。在晶体管Q1～Q3接通的期间中，晶体管Q4～Q6分别断开。在晶体管Q1～Q3断开的期间中，晶体管Q4～Q6分别接通。
在转换器1中，交流端子T1～T3接受来自交流电源51的三相交流电压，直流端子T5与直流正母线L1的一端连接，直流端子T6与直流负母线L2的一端连接，直流端子T7与直流中性点母线L3的一端连接。交流滤波器10使从交流电源51供给的商用频率的三相交流电力通过半导体模块20，防止由半导体模块20产生的开关频率的信号通过交流电源51。
在转换器1中，半导体模块20构成3电平转换器，基于从交流电源51经由交流滤波器10供给的三相交流电压生成正电压、负电压及中性点电压，将所生成的正电压、负电压及中性点电压分别向直流端子T5～T7施加。
例如，在交流端子T1的电压比交流端子T2的电压高的情况下，晶体管Q1及交流开关S2的晶体管Q7、Q8接通，在交流端子T1、交流滤波器10(电抗器11)、晶体管Q1、直流端子T5、电容器C1、直流端子T7、交流开关S2(晶体管Q8、Q7)、交流滤波器10(电抗器12)及交流端子T2的路径中流过电流，电容器C1充电。
在交流端子T1的电压比交流端子T3的电压高的情况下，交流开关S1的晶体管Q7、Q8及晶体管Q6接通，在交流端子T1、交流滤波器10(电抗器11)、交流开关S1(晶体管Q7、Q8)、直流端子T7、电容器C12、直流端子T6、晶体管Q6、交流滤波器10(电抗器13)及交流端子T3的路径中流过电流，电容器C2充电。
在逆变器2中，交流端子T1～T3与负载52连接，直流端子T5与直流正母线L1的另一端连接，直流端子T6与直流负母线L2的另一端连接，直流端子T7与直流中性点母线L3的另一端连接。半导体模块20构成3电平逆变器，基于从转换器1或双向斩波器3经由直流母线L1～L3供给的正电压、负电压及中性点电压生成三相交流电压，将所生成的三相交流电压向节点N1～N3输出。由半导体模块20生成的各个三相交流电压例如是以正电压、中性点电压、负电压、中性点电压、正电压、…的顺序变化的3电平的交流电压。
例如，如果晶体管Q1及交流开关S2的晶体管Q7、Q8接通，则在直流端子T5、晶体管Q1、交流滤波器10(电抗器11)、交流端子T1、负载52、交流端子T2、交流滤波器10(电抗器12)、交流开关S2(晶体管Q7、Q8)及直流端子T7的路径中流过电流，电容器C1放电。
如果交流开关S1的晶体管Q7、Q8及晶体管Q6接通，则在直流端子T7、交流开关S1(晶体管Q8、Q7)、交流滤波器10(电抗器11)、交流端子T1、负载52、交流端子T3、交流滤波器10(电抗器11)、晶体管Q6及直流端子T6的路径中流过电流，电容器C2放电。
在逆变器2中，交流滤波器10使由半导体模块20生成的商用频率的三相交流电压通过负载52，防止由半导体模块20产生的开关频率的信号通过负载52。换言之，逆变器2的交流滤波器10将由半导体模块20生成的三相的3电平交流电压转换为三相的正弦波状的交流电压，向负载52施加。
(双向斩波器的结构)
图3是表示图1所示的双向斩波器3的结构的电路图。
参照图3，双向斩波器3包括直流端子T11～T13、电池端子T21、T22、晶体管Q21～Q24、二极管D21～D24、普通模式电抗器30及熔断器F11、F12。普通模式电抗器30包括两个线圈31、32。直流端子T11、T12、T13分别与直流正母线L1、直流负母线L2及直流中性点母线L3连接。电池端子T21、T22分别与电池53的正极及负极连接。
各个晶体管Q21～Q24例如是IGBT。晶体管Q21、Q22串联连接在直流端子T11、T13间，晶体管Q23、Q24串联连接在直流端子T13、T12间。二极管D21～D24分别与晶体管Q21～Q24逆并联连接。
线圈31的一个端子与晶体管Q21的发射极连接，其另一个端子经由熔断器F11与电池端子T21连接。线圈32的一个端子经由熔断器F12与电池端子T22连接，其另一个端子与晶体管Q23的发射极连接。熔断器F11、F12在流过过电流的情况下熔断，保护电池53及双向斩波器3。
双向斩波器3能够通过晶体管Q21～Q24的接通/断开控制执行3个电池充电模式。在第1电池充电模式中，晶体管Q21接通，并且晶体管Q22～Q24断开。电流从直流端子T11经由晶体管Q21、线圈31、电池53、熔断器F12、线圈32及二极管D23流到直流端子T13，由此电容器C1放电，电池53充电。
在第2电池充电模式中，晶体管Q21、Q24接通，并且晶体管Q22、Q23断开。电流从直流端子T11经由晶体管Q21、线圈31、熔断器F1、电池53、熔断器F12、线圈32、晶体管Q23流到直流端子T12，由此电容器C1、C2放电，电池53充电。
在第3电池充电模式中，晶体管Q24接通，并且晶体管Q21～Q23断开。电流从直流端子T13经由二极管D22、线圈31、熔断器F11、电池53、熔断器F12、线圈32、晶体管Q24流到直流端子T12，由此电容器C2放电，电池53充电。
第1电池充电模式和第2电池充电模式交替地进行。在第1电池充电模式与第2电池充电模式之间的期间中，晶体管Q21～Q24断开。积蓄在线圈31、32中的电磁能量释放，在二极管D22、线圈31、熔断器F11、电池53、熔断器F12、线圈32及二极管D23的路径中流过电流，电池53充电。第2电池充电模式是第1电池充电模式与第3电池充电模式重叠的模式。
双向斩波器3还能够通过晶体管Q21～Q24的接通/断开控制来执行3个放电模式。在第1放电模式中，晶体管Q22接通，并且晶体管Q21、Q23、Q24断开。电流从电池53的正极经由熔断器F11、线圈31、晶体管Q22、电容器C2、二极管D24、线圈32及熔断器F12流到电池53的负极，由此电池53放电，电容器C2充电。
在第2放电模式中，晶体管Q21～Q24断开。电流从电池53的正极经由熔断器F11、线圈31、二极管D21、电容器C1、C2、二极管D24、线圈32及熔断器F12流到电池53的负极，由此电池53放电，电容器C1、C2充电。
在第3放电模式中，晶体管Q23接通，并且晶体管Q21、Q22、Q24断开。电流从电池53的正极经由熔断器F11、线圈31、二极管D21、电容器C1、晶体管Q23、线圈32及熔断器F12流到电池53的负极，由此电池53放电，电容器C1充电。
第1电池放电模式和第3电池放电模式交替地进行。在第1电池放电模式与第3电池放电模式之间的期间中，在直流端子T11、T12间的电压比电池53的端子间电压低的情况下，进行第2电池放电模式。
(配线部及熔断器部的结构)
回到图1，不间断电源系统还具备多个(在图1中是n条)配线部W1～Wn及多个(在图1中是n个)熔断器部FS1～FSn。配线部Wk(1≤k≤n)与“第k配线部”对应，熔断器部FSk与“第k熔断器部”对应。
各个配线部W1～Wn包括配线Lp、Ln、Lc。在配线部W1中，配线Lp、Ln、Lc的一个端子分别与不间断电源装置U1的直流正母线L1、直流负母线L2及直流中性点母线L3连接，它们的另一个端子分别与不间断电源装置U2的直流正母线L1、直流负母线L2及直流中性点母线L3连接。在配线部W2中，配线Lp、Ln、Lc的一个端子分别与不间断电源装置U2的直流正母线L1、直流负母线L2及直流中性点母线L3连接，它们的另一个端子分别与不间断电源装置U3的直流正母线L1、直流负母线L2及直流中性点母线L3(未图示)连接。在配线部Wn－1中，配线Lp、Ln、Lc的一个端子分别与不间断电源装置Un－1的直流正母线L1、直流负母线L2及直流中性点母线L3(未图示)连接，它们的另一个端子分别与不间断电源装置Un的直流正母线L1，直流负母线L2及直流中性点母线L3连接。
即，在第i配线部Wi(1≤i≤n－1)中，配线Lp、Ln、Lc的一个端子分别与第i不间断电源装置Ui的直流正母线L1、直流负母线L2及直流中性点母线L3连接，它们的另一个端子分别与第(i+1)不间断电源装置Ui+1的直流正母线L1、直流负母线L2及直流中性点母线L3连接。
相对于此，在第n配线部Wn中，配线Lp、Ln、Lc的一个端子分别与第n不间断电源装置Un的直流正母线L1、直流负母线L2及直流中性点母线L3连接，它们的另一个端子分别与第1不间断电源装置U1的直流正母线L1、直流负母线L2及直流中性点母线L3连接。
因而，在配线部W1～Wn整体中，配线Lp以环状连接到不间断电源装置U1～Un的直流正母线L1间，能够使不间断电源装置U1～Un的直流正母线L1的电压相互一致。配线Ln以环状连接到不间断电源装置U1～Un的直流负母线L2间，能够使不间断电源装置U1～Un的直流负母线L2的电压相互一致。配线Lc以环状连接到不间断电源装置U1～Un的直流中性点母线L3间，能够使不间断电源装置U1～Un的直流负母线L2的电压相互一致。
如果这样做，则能够使不间断电源装置U1～Un的逆变器2的输入电压一致。因而，能够使不间断电源装置U1～Un的逆变器2的输出电压的偏差变小，所以能够减小在不间断电源装置U1～Un的逆变器2的输出端子间流动的横向电流。
熔断器部FS1～FSn分别设置在配线部W1～Wn。熔断器部FS1～FSn分别包括熔断器F1～F3。熔断器F1设置在配线Lp上，在配线Lp中流过了过电流的情况下熔断。熔断器F2设置在配线Ln上，在配线Ln中流过了过电流的情况下熔断。熔断器F3设置在配线Lc上，在配线Lc中流过了过电流的情况下熔断。
即，在第k配线部Wk中设置第k熔断器部FSk。在第k熔断器部FSk中，熔断器F1～F3分别在第k配线部Wk的配线Lp、Ln、Lc中流过了过电流的情况下熔断，由此保护不间断电源系统。由此，能够将故障的范围限定得较窄。
具体而言，在不间断电源装置Uk或Uk+1的转换器1、逆变器2、双向斩波器3等故障而直流母线L1、L3间短路的情况下，过电流通过配线部Wk的配线Lp、Lc流过不间断电源装置Uk的直流母线L1、L3与不间断电源装置Uk+1的直流母线L1、L3之间。在此情况下，如果熔断器部FSk的熔断器F1、F3的至少1个熔断，则不间断电源装置Uk的母线L1、L3和不间断电源装置Uk+1的母线L1、L3被电气地切断。由此，能够防止健全的不间断电源装置故障。
例如，在不间断电源装置Uk的转换器1的半导体模块20包含的晶体管Q11故障而固定为导通状态的情况下，如果交流开关S1(晶体管Q17、Q18)接通，则直流母线L1、L3间短路。如果不间断电源装置Uk的直流母线L1、L3间短路，则例如从不间断电源装置Uk+1的电容器C1的正侧电极经由熔断器F1、不间断电源装置Uk的短路部、熔断器F3向不间断电源装置Uk+1的电容器C1的负侧电极流过过电流。熔断器F1、F3的至少1个由于该过电流熔断，由此切断过电流。
或者，在不间断电源装置Uk或Uk+1故障而母线L2、L3间短路的情况下，过电流通过配线部Wk的配线Lc、Ln在不间断电源装置Uk的母线L2、L3与不间断电源装置Uk+1的母线L2、L3之间流过。在此情况下，熔断器部FSk的熔断器F2、F3的至少1个熔断，由此切断过电流。
或者，在不间断电源装置Uk或Uk+1故障而母线L1、L2间短路的情况下，过电流通过配线部Wk的配线Lp、Ln在不间断电源装置Uk的母线L1、L2与不间断电源装置Uk+1的母线L1、L2之间流过。在此情况下，熔断器部FSk的熔断器F1、F2的至少1个熔断，由此切断过电流。
另外，在不间断电源系统正常工作的情况下，流过各熔断器部的熔断器F1～F3的电流与不间断电源装置U1～Un各自的额定电流值相比足够小。因此，将熔断器F1～F3各自的额定断路电流值选择为比不间断电源装置U1～Un各自的额定电流值小的值。如果流过熔断器的电流超过额定断路电流值，则熔断器熔断，切断流过熔断器的电流。
进而，将各配线部的配线Lp、Ln、Lc的容许电流值分别选择为比母线L1、L2、L3的容许电流值小的值。如果流过配线的电流超过容许电流值，则配线发热。
(预充电电路的结构)
如图1所示，不间断电源系统还具备预充电电路5。在图1的例子中，预充电电路5连接在交流电源51与第1不间断电源装置U1的直流母线L1、L2之间。在将交流电源51与预充电电路5相连的连接线上设有开闭器7。开闭器7响应来自未图示的控制装置的控制信号而接通/断开，由此将交流电源51与预充电电路5之间的电力供给路径导通/断路。
在不间断电源系统启动时，有时各不间断电源装置的电容器C1、C2是无充电状态。如果在此情况下将开闭器8接通而将交流电源51与各不间断电源装置连接，则有可能向电容器C1、C2流入过大的突入电流。为了抑制该启动时的突入电流，使用预充电电路5，准备不间断电源系统的启动而将各不间断电源装置的电容器C1、C2预先充电。
具体而言，在不间断电源系统的启动时，通过将开闭器8断开、将开闭器7接通，从而将预充电电路5与交流电源51连接。预充电电路5基于从交流电源51供给的三相交流电压生成正电压及负电压。在不间断电源装置U1中，由预充电电路5生成的正电压及负电压分别向直流正母线L1及直流负母线L2供给，由此电容器C1、C2充电。
图4是表示图1所示的预充电电路5的结构的电路图。
参照图4，预充电电路5包括交流端子T31～T33、直流端子T34、T35、电阻元件R1～R3及半导体模块25。
交流端子T31～T33经由开闭器8(图1)从交流电源51接受三相交流电压。直流端子T34与不间断电源装置U1的直流正母线L1连接，直流端子T35与不间断电源装置U1的直流负母线L2连接。
电阻元件R1连接于交流端子T31及节点N11之间。电阻元件R2连接于交流端子T32及节点N12之间。电阻元件R3连接于交流端子T33及节点N13之间。
半导体模块25包括二极管D11～D16。二极管D11～D13的阴极都与直流端子T34连接，它们的阳极分别与节点N11～N13连接。二极管D14～D16的阴极分别与节点N11～N13连接，它们的阳极都与直流端子T35连接。
半导体模块25构成包括二极管电桥的三相全波整流电路。半导体模块25基于从交流电源51经由电阻元件R1～R3供给的三相交流电压生成正电压及负电压，将所生成的正电压及负电压分别向不间断电源装置U1的直流正母线L1及直流负母线L2供给。
如上述那样，不间断电源装置U1～Un的直流正母线L1通过配线部W1～Wn的配线Lp相互连接。因而，从预充电电路5供给到不间断电源装置U1的直流正母线L1的正电压经由配线Lp向各个不间断电源装置U2～Un的直流正母线L1供给。
同样，不间断电源装置U1～Un的直流负母线L2通过配线部W1～Wn的配线Ln相互连接。因而，从预充电电路5供给到不间断电源装置U1的直流负母线L2的负电压经由配线Ln向各个不间断电源装置U2～Un的直流负母线L2供给。
这样，由预充电电路5生成的正电压及负电压经由配线部W1～Wn向各个不间断电源装置U1～Un的直流正母线L1及直流负母线L2供给，由此各不间断电源装置的电容器C1、C2充电。在将各不间断电源装置的电容器C1、C2充电后，通过将开闭器7断开并将开闭器8接通，从而将交流电源51与各不间断电源装置连接。
另外，将在预充电时流过配线部W1～Wn的配线Lp、Ln、Lc及熔断器部FS1～FSn－1的熔断器F1～F3的电流选择为比配线及熔断器的容许电流值小的值。
根据本实施方式，由于不间断电源装置U1～Un的直流正母线L1相互连接，它们的直流负母线L2相互连接，所以能够由1台预充电电路5将不间断电源装置U1～Un的全部的电容器C1、C2一起充电。由此，能够实现不间断电源系统的小型化及低成本化。
(电压检测器的结构)
如图1所示，不间断电源系统还具备电压检测器6。在图1的例子中，电压检测器6与第n不间断电源装置Un的直流母线L1～L3连接。电压检测器6如果检测出不间断电源装置Un的直流母线L1～L3的电压，则将表示该检测值的信号向不间断电源装置Un的控制电路4输出。
如上述那样，在本实施方式中，将不间断电源装置U1～Un的直流正母线L1相互连接，使不间断电源装置U1～Un的直流正母线L1的电压一致。将不间断电源装置U1～Un的直流负母线L2相互连接，使不间断电源装置U1～Un的直流负母线L2的电压一致。将不间断电源装置U1～Un的直流中性点母线L3相互连接，使不间断电源装置U1～Un的直流中性点母线L3的电压一致。因而，能够由与不间断电源装置Un的直流母线L1～L2连接的1台电压检测器6一起检测不间断电源装置U1～Un的直流母线L1～L3的电压。由此，能够实现不间断电源系统的小型化及低成本化。
(不间断电源系统的动作)
接着，对本实施方式的不间断电源系统的动作进行说明。
不间断电源装置U1～Un的控制电路4通过通信线路9相互结合而构成1个综合控制电路。综合控制电路监视电压检测器6的检测值。在上述电容器C1、C2的预充电中，综合控制电路在电压检测器6的检测值超过了预先设定的基准值的情况下，判定为电容器C1、C2的充电完成，使预充电电路5的运转停止。
在从交流电源51正常地供给三相交流电力的正常工作时，在各个不间断电源装置U1～Un中，来自交流电源51的三相交流电力被转换器1转换为直流电力。控制电路4以使电压检测器6的检测值与预先设定的指令值一致的方式对转换器1进行控制。由转换器1生成的直流电力通过双向斩波器3积蓄到电池53，并且被逆变器2转换为三相交流电力，向负载52供给。控制电路4对逆变器2进行控制，以输出将不间断电源装置U1～Un的负载电流的总和除以运转中的不间断电源装置U的台数而求出的本装置的分担电流。
在来自交流电源51的三相交流电力的供给停止的停电时，在各个不间断电源装置U1～Un中，转换器1的运转停止。电池53的直流电力经由双向斩波器3向逆变器2供给，转换为三相交流电力而向负载52供给。控制电路4以使电压检测器6的检测值与指令值一致的方式对双向斩波器3进行控制，并且对逆变器2进行控制以输出本装置的分担电流。因而，在电池53积蓄有直流电力的期间中，能够继续负载52的运转。
这里，设想在熔断器部FS1～FSn的某个中熔断器F1～F3的至少1个熔断的情况。在图5中，例示了熔断器部FS1的熔断器F1、F3熔断的情况。例如，在不间断电源装置U1的转换器1的半导体模块20包含的晶体管Q1故障而固定为导通状态的情况下，如果开关S1的晶体管Q7、Q8接通，则直流母线L1、L3间短路。如果不间断电源装置U1的直流母线L1、L3间短路，则例如从不间断电源装置U2的电容器C1的正侧电极经由熔断器部FS2的熔断器F1、不间断电源装置U1的短路部(晶体管Q1、Q7、Q8)、熔断器部FS2的熔断器F3向不间断电源装置U2的电容器C1的负侧电极流过过电流。由于该过电流，熔断器部FS2的熔断器F1、F3的至少1个熔断。
在此情况下，不间断电源装置U1的直流母线L1、L3和不间断电源装置U2的直流母线L1、L3被在物理上切断。但是，不间断电源装置U1的直流母线L1～L3通过配线部Wn与不间断电源装置Un的直流母线L1～L3电连接。因而，能够将不间断电源装置U1～Un的直流正母线L1的电压保持为相互相等的大小。能够将不间断电源装置U1～Un的直流负母线L2的电压保持为相互相等的大小。能够将不间断电源装置U1～Un的直流中性点母线L3的电压保持为相互相等的大小。
此外，能够由与不间断电源装置Un的直流母线L1～L2连接的1台电压检测器6一起检测不间断电源装置U1～Un的直流母线L1～L3的电压。
另外，在不间断电源系统中不存在配线部Wn的情况下，在图5的例子中，如果熔断器部FS1熔断，则不能检测不间断电源装置U1的直流母线L1～L3的电压。另一方面，在本实施方式中，通过设置配线部Wn，配线部W1～Wn以环状连接，经由该环状的配线部W1～Wn，各个不间断电源装置U1～Un的直流母线L1～L3相互电连接。因此，即使是在配线部W1～Wn的某个中熔断器部熔断的情况下，也能够将各个不间断电源装置U1～Un的直流母线L1～L3继续相互电连接。
通过设为这样的结构，在不间断电源系统整体中，在熔断器部FS1熔断后，也能够使不间断电源装置U1～Un动作，结果能够继续负载52的运转。
此时，在不间断电源装置U1中，在由于半导体模块20包含的晶体管Q1的故障而不能正常地进行转换器1的动作的情况下，例如在从内置在晶体管Q1的自保护电路输出了异常检测信号的情况下，控制电路4能够使转换器1及逆变器2的运转停止。另外，异常检测信号是在自保护电路包含的电流传感器(或温度传感器)的输出中检测到过电流(或过热)的情况下从自保护电路输出的信号。如果不间断电源装置U1的运转停止，则在其他的不间断电源装置中，控制电路4基于变更后的不间断电源装置的运转台数求出运转中的不间断电源装置的分担电流，对逆变器2进行控制以输出该分担电流。
此外，在准备不间断电源系统的启动而将各不间断电源装置的电容器C1、C2预充电时，即使是熔断器部FS1熔断的情况，也能够经由配线部W2～Wn将由预充电电路5生成的正电压及负电压向各个不间断电源装置U2～Un的直流母线L1、L2分别进行供给。由此，能够将各不间断电源装置的电容器C1、C2充电。
[本实施方式的作用效果]
接着，对本实施方式的电力转换系统的作用效果进行说明。
根据本实施方式的电力转换系统，通过由配线部W1～Wn将各个不间断电源装置U1～Un的直流母线L1～L3相互连接，能够使各个不间断电源装置U1～Un的直流母线L1～L3电压一致。由此，能够使不间断电源装置U1～Un的逆变器2的输入电压一致，能够抑制流过不间断电源装置U1～Un的逆变器2的输出端子间的横向电流。
此外，根据本实施方式的电力转换系统，由于对于不间断电源装置U1～Un，电压检测器6及预充电电路5各1台就足够，所以能够实现不间断电源系统的小型化、低成本化。
此外，通过对配线部W1～Wn分别设置熔断器部FS1～FSn，即使在不间断电源装置U1～Un中的1台不间断电源装置故障的情况下，也能够防止其他的不间断电源装置二次故障，结果能够将不间断电源系统的故障范围限定得较窄。
此外，根据本实施方式的电力转换系统，由于用来将不间断电源装置U1～Un的直流母线L1～L3相互连接的配线部W1～Wn连接为环状，所以即使在熔断器部FS1～FSn中的某个熔断器部熔断的情况下，也能够保持将不间断电源装置U1～Un的直流母线L1～L3相互连接的状态。由此，即使在熔断器部熔断后，也能够使不间断电源装置U1～Un的逆变器2的输入电压一致。此外，能够使用电压检测器6检测不间断电源装置U1～Un的直流母线L1～L3的电压。进而，能够使用预充电电路5将不间断电源装置U1～Un的电容器C1、C2充电。
另外，在上述的实施方式中，说明了对于各配线部的配线Lp、Ln、Lc分别设置各熔断器部的熔断器F1～F3的结构，但也可以将3个熔断器F1～F3中的某1个省略。例如，也可以设为在配线Lp、Ln分别设置熔断器F1、F2，在配线Lc不设置熔断器的结构。或者，也可以设为在配线Lp、Lc分别设置熔断器F1、F3，在配线Ln不设置熔断器的结构。或者，也可以设为在配线Ln、Lc分别设置熔断器F2、F3，在配线Lp不设置熔断器的结构。
此外，在上述的实施方式中，对在不间断电源装置U1的直流母线L1、L2连接预充电电路5，在不间断电源装置Un的直流母线L1～L3连接电压检测器6的结构进行了说明，但并不限定于该结构。即，能够在不间断电源装置U1～Un中的某1台不间断电源装置的直流母线L1、L2连接预充电电路5，能够在不间断电源装置U1～Un中的某1台不间断电源装置的直流母线L1～L3连接电压检测器6。
此外，在上述的实施方式中，对将转换器1及逆变器2各自包含的电力转换电路设为3电平电路的结构进行了说明，但也可以将电力转换电路设为2水平电路。
此次公开的实施方式在全部的方面都是例示而不应被认为是限制性的。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书表示，意味着包含与权利要求书等价的含义及范围内的全部变更。
标号说明
1转换器；2逆变器；3双向斩波器；4控制电路；5预充电电路；6电压检测器；7、8开闭器；9通信线路；10交流滤波器；11～13电抗器；14～16；C1、C2电容器；20、25半导体模块；30普通模式电抗器；31、32线圈；51交流电源；52负载；53电池；U1～Un不间断电源装置(电力转换装置)；L1直流正母线；L2直流负母线；L3直流中性点母线；T1～T3、T11～T13、T31～T33交流端子；T4中性点端子；T5～T7、T21、T22、T34、T35直流端子；Q1～Q8、Q21～Q24晶体管；D1～D8、D11～D16；D21～D24二极管；R1～R3电阻元件；S1～S3交流开关；W1～Wn配线部；Lp、Ln、Lc配线；FS1～FSn熔断器部；F1～F3、F11、F12熔断器。

Claims (7)

1.一种电力转换系统，其具备：
第1～第n电力转换装置，相对于负载并联地连接，其中n是2以上的整数；
第1～第n配线部；以及
第1～第n熔断器，分别设置在上述第1～第n配线部；
上述第1～第n电力转换装置分别包括：
转换器，将交流电压转换为直流电压；
逆变器，将直流电压转换为交流电压并向上述负载供给；
直流母线，用来从上述转换器向上述逆变器供给直流电压；以及
电容器，与上述直流母线连接，使直流电压平滑化；
第i配线部连接在第i电力转换装置的上述直流母线与第i+1电力转换装置的上述直流母线之间，其中1≤i≤n－1；
上述第n配线部连接在上述第n电力转换装置的上述直流母线与上述第1电力转换装置的上述直流母线之间。
2.如权利要求1所述的电力转换系统，
还具备电压检测器，所述电压检测器与上述第1～第n电力转换装置中的某1个电力转换装置的上述直流母线连接，检测上述直流母线的直流电压。
3.如权利要求1或2所述的电力转换系统，
还具备预充电电路，所述预充电电路与上述第1～第n电力转换装置中的某1个电力转换装置的上述直流母线连接，用来准备上述电力转换系统的启动而预先将上述第1至上述第n电力转换装置各自的上述电容器充电。
4.如权利要求1～3中任一项所述的电力转换系统，
上述第i熔断器在上述第i或第i+1电力转换装置故障的情况下，通过流过上述第i电力转换装置的上述直流母线与上述第i+1电力转换装置的上述直流母线之间的电流而熔断。
5.如权利要求4所述的电力转换系统，
上述第i熔断器的额定断路电流值比上述第i或第i+1电力转换装置各自的额定电流值小。
6.如权利要求1～5中任一项所述的电力转换系统，
上述第i配线部的容许电流值比上述直流母线的容许电流值小。
7.如权利要求1～6中任一项所述的电力转换系统，
上述转换器构成为，将从交流电源供给的交流电力转换为直流电力；
上述第1～第n电力转换装置分别还包括双向斩波器，所述双向斩波器连接在上述直流母线及电力储存装置之间，其构成为，在从上述交流电源供给着交流电力的正常工作时，将由上述转换器生成的直流电力向上述电力储存装置供给，在来自上述交流电源的交流电力的供给停止的停电时，将上述电力储存装置的直流电力向上述逆变器供给。
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