CN116711183A - 模块型不间断电源装置及不间断电源系统 - Google Patents

模块型不间断电源装置及不间断电源系统 Download PDF

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Abstract

第一电流检测器(CT1)检测模块型不间断电源装置的输出电流。多个第一控制电路(6)与多个电力转换模块分别对应地设置。各电力转换模块包含电阻元件(11)及第二开关(S5)。第二开关(S5)在接通状态下将第一电流检测器(CT1)与电阻元件(11)并联连接。各第一控制电路(6)构成为在使对应的电力转换模块为运转状态的情况下将第二开关(S5)接通，另一方面，在使该电力转换模块为停止状态的情况下将第二开关(S5)切断。各第一控制电路基于在第二开关(S5)的接通状态下流经电阻元件的电流，检测对应的电力转换模块的分担电流。各第一控制电路以使该电力转换模块的输出电流变为分担电流的方式控制电力转换器。

Description

模块型不间断电源装置及不间断电源系统
技术领域
本公开涉及模块型不间断电源装置及不间断电源系统。
背景技术
对于单一的不间断电源装置，提出了采用以模块单位实现冗余化的模块型不间断电源装置的结构。模块型不间断电源装置通过将多个电力转换模块(以下，也称为“功率模块”)并联连接而在装置内部具有功率模块的并联电路(例如，参照国际公开2017/009998号(专利文献1))。
模块型不间断电源装置构成为可在不间断电源装置的运用过程中使一部分的功率模块停止运转并拔出或插入该功率模块。因而，在功率模块的故障、检查时，能够在持续利用不间断电源装置供电的状态下更换功率模块。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开2017/009998号
发明内容
发明所要解决的课题
在模块型不间断电源装置中，选择供给负载电流所需要的台数的功率模块并将其设为运转状态。被设为运转状态的功率模块分别构成为将均等地分担了负载电流的分担电流供给到负载。
在专利文献1所记载的不间断电源装置中，旁路模块的控制部构成为通过使由电流检测器检测出的负载电流除以功率模块的运转台数而求出分担电流，并向各功率模块的控制部发送与分担电流相应的电流指令值。各功率模块的控制部以使本装置的输出电流与电流指令值没有偏差的方式对内置于功率模块的逆变器进行控制。
然而，在模块型不间断电源装置的运用过程中，功率模块的运转台数会因为一部分的功率模块停止运转而变化，因此要求旁路模块的控制部为了计算分担电流而始终监视各功率模块的运转状况。担心难以随着模块型不间断电源装置所包含的功率模块的台数的增加而掌握功率模块的运转台数。
本公开是为了解决上述课题而完成的，其目的是能够在模块型不间断电源装置中容易地检测出运转中的功率模块所应分担的电流。
用于解决课题的手段
本公开的一方式的模块型不间断电源装置具备输入端子、输出端子、多个电力转换模块、第一电流检测器和多个第一控制电路。输入端子接受从交流电源供给的交流电力。输出端子与负载连接。多个电力转换模块并联连接在输入端子与输出端子之间。第一电流检测器检测从输出端子输出的交流电流。多个第一控制电路与多个电力转换模块分别对应地设置。各电力转换模块包含电力转换器、第一开关、电阻元件和第二开关。第一开关与电力转换器串联地连接在输入端子与输出端子之间。第二开关在接通状态下将第一电流检测器与电阻元件并联连接。各第一控制电路构成为在使对应的电力转换模块为运转状态的情况下将第一开关及第二开关接通，另一方面，在使该电力转换模块为停止状态的情况下将第一开关及第二开关切断。各第一控制电路基于在第二开关的接通状态下流经电阻元件的电流，检测对应的电力转换模块的分担电流。各第一控制电路以使该电力转换模块的输出电流变为分担电流的方式控制电力转换器。
发明效果
根据本公开，在模块型不间断电源装置中，能够容易地检测出运转中的功率模块所应分担的电流。
附图说明
图1是表示实施方式的不间断电源系统的结构的电路框图。
图2是表示图1所示的不间断电源装置的结构的电路框图。
图3是表示不间断电源系统中的控制结构的图。
图4是表示提取图3所示的控制结构中的电阻元件的并联电路进行表示的图。
图5是表示提取图3所示的控制结构中的电阻元件的并联电路进行表示的图。
图6是表示各功率模块的控制电路的功能结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。此外，对于图中的相同或相当的部分，标注相同的附图标记，原则上不重复其说明。
＜不间断电源系统的结构＞
图1是表示实施方式的不间断电源系统的结构的电路框图。
参照图1，本实施方式的不间断电源系统100连接在交流电源51及负载52之间，构成为向负载52供给交流电力。不间断电源系统100实际上是从交流电源51接受三相交流电力，但为了简化附图及说明，在图1中仅示出了一相。
不间断电源系统100具备多个不间断电源装置U1、U2、多个开关S11、S12、S21、S22、多个电流检测器CT1、CT2和控制装置50。在图1中，不间断电源系统100具备2台不间断电源装置U1、U2，但不间断电源装置台数也可以为3以上。在以下的说明中，有时会将不间断电源装置U1、U2统一称为“不间断电源装置U”，将电池B1、B2统一称为“电池B”。
不间断电源装置U具备输入端子T1、电池端子T2及输出端子TO。输入端子T1从交流电源51接受工业频率的交流电力。不间断电源装置U1、U2的电池端子T2分别与电池B1、B2连接。电池B蓄积直流电力。电池B与“电力蓄积装置”的一实施例对应。也可以取代电池B而使电容器与电池端子T2连接。
输出端子T3与负载52连接。负载52由交流电力驱动。不间断电源装置U1、U2并联连接于负载52。多个不间断电源装置U1、U2中，仅负载52运转所需要的适当运转台数的不间断电源装置U被设为运转状态，其余的不间断电源装置U被设为停止状态。
开关S11、S12的第一端子与交流电源51连接，它们的第二端子分别与不间断电源装置U1、U2的输入端子T1连接。开关S11、S12分别在对应的不间断电源装置U的使用时接通，在例如对应的不间断电源装置U的维护时切断。
开关S21、S22的第一端子分别与不间断电源装置U1、U2的输出端子TO连接，它们的第二端子与负载52连接。开关S21、S22分别在使对应的不间断电源装置U为运转状态的情况下接通，在使对应的不间断电源装置U为停止状态的情况下切断。开关S21、S22与“第三开关”的一实施例对应。
在从交流电源51供给交流电力的通常时，不间断电源装置U将来自交流电源51的交流电力转换为直流电力，将该直流电力供给到电池B，并且将该直流电力转换为交流电力供给到负载52。另外，在来自交流电源51的交流电力的供给停止的停电时，不间断电源装置U将来自电池B的直流电力转换为交流电力供给到负载52。
多个电流检测器CT1、CT2与多个不间断电源装置U1、U2分别对应地设置。电流检测器CT1设于不间断电源装置U1的输出端子TO与开关S21的第一端子之间。电流检测器CT1检测从输出端子TO输出的交流电流I1的瞬时值，并将表示其检测值的信号I1f提供给控制装置50。交流电流I1相当于不间断电源装置U1的输出电流。
电流检测器CT2设于不间断电源装置U2的输出端子TO与开关S22的第一端子之间。电流检测器CT2检测从输出端子TO输出的交流电流I2的瞬时值，并将表示其检测值的信号I2f提供给控制装置50。交流电流I2相当于不间断电源装置U2的输出电流。电流检测器CT1、CT2与“第一电流检测器”的一实施例对应。
控制装置50基于多个电流检测器CT1、CT2的输出信号，求出多个不间断电源装置U1、U2的输出电流I1、I2的总和的电流、即从不间断电源系统100向负载52供给的负载电流IL。控制装置50求出供给该负载电流IL所需要的不间断电源装置U的适当运转台数。而且，控制装置50将所求出的适当运转台数与当前的运转台数比较，基于其比较结果来判别是使各不间断电源装置U为停止状态还是为运转状态。
控制装置50在使不间断电源装置U1为停止状态的情况下，使开关S21切断而使不间断电源装置U1从负载52解列。此时，也可以进一步使开关S11切断或者使不间断电源装置U1停止运转。另外，控制装置50在使不间断电源装置U1为运转状态的情况下，使开关S11、S21维持接通状态，并且使不间断电源装置U1继续运转。
控制装置50在使不间断电源装置U2为停止状态的情况下，使开关S22切断而使不间断电源装置U2从负载52解列。此时，也可以进一步使开关S12切断或者使不间断电源装置U2停止运转。另外，控制装置50在使不间断电源装置U2为运转状态的情况下，使开关S12、S22维持接通状态，并且使不间断电源装置U2继续运转。
不间断电源装置U还具备多个功率模块PM1～PM3和旁路模块BM。在图1中，不间断电源装置U具备3台功率模块PM1～PM3，但功率模块的台数也可以是2，还可以是4以上。功率模块PM1～PM3分别是具有电力转换器的电力转换模块。在以下的说明中，有时会将功率模块PM1～PM3统一称为“功率模块PM”。
功率模块PM具有输入端子T1、电池端子T2和输出端子T3。旁路模块BM具有输入端子T11、输出端子T12和未图示的旁路开关。旁路开关连接在输入端子T11与输出端子T12之间。
功率模块PM1～PM3的输入端子T1及旁路模块BM的输入端子T11均与输入端子TI连接。功率模块PM1～PM3的电池端子T2均与电池端子TB连接。功率模块PM1～PM3的输出端子T3及旁路模块BM的输出端子T12均与输出端子TO连接。即，在各不间断电源装置U中，功率模块PM1～PM3及旁路模块BM并联连接在输入端子TI与输出端子TO之间。
这样的不间断电源装置U也被称为“模块型不间断电源装置”。模块型不间断电源装置在内部构建了与不间断电源装置的容量相应的台数的功率模块的并联电路。在基于不间断电源装置的电源供给中需要N台功率模块的情况下，通过实装(N+1)台功率模块而实现冗余化，能够提高电源品质。
像这样在单一的不间断电源装置中以模块单位实现冗余化的方式也被称为“热插拔方式”。所谓热插拔方式，是指能够在不间断电源装置的运用过程中使一部分的功率模块停止运转并拔出或插入该功率模块的结构。据此，在功率模块的故障、检查时，能够在持续利用不间断电源装置供电的状态下更换功率模块。
不间断电源装置U具有逆变器供电模式和旁路供电模式。逆变器供电模式是从至少1台功率模块PM向负载52供给交流电力的模式。旁路供电模式是从交流电源51经由旁路模块BM向负载52供给交流电力的模式。
在逆变器供电模式时，至少1台功率模块PM被设为运转状态。各功率模块PM使用从交流电源51供给的交流电力，生成用于向负载52供给的交流电力。被设为运转状态的功率模块PM的输出电流Im的总和的电流作为不间断电源装置U的输出电流供给到负载52。
在图1的例子中，不间断电源装置U1中被设为运转状态的功率模块PM的输出电流Im的总和的电流成为不间断电源装置U1的输出电流I1，不间断电源装置U2中被设为运转状态的功率模块PM的输出电流Im的总和的电流成为不间断电源装置U2的输出电流I2。并且，不间断电源装置U1的输出电流I1与不间断电源装置U2的输出电流I2的总和的电流成为负载电流IL。换言之，在各个不间断电源装置U1、U2中被设为运转状态的多个功率模块PM之间分担负载电流IL。
在不间断电源系统100中，在并联运转的多个功率模块PM之间产生了输出电流Im的偏差的情况下，有可能发生在多个功率模块PM之间流入电力的现象(即，环流)。因而，要求在并联运转的多个功率模块PM之间均等地分担负载电流IL。
在此，作为求出各功率模块PM的分担电流的做法，可考虑应用专利文献1所记载的做法，通过使负载电流IL除以运转中的功率模块PM的台数来计算分担电流的方法。然而，在将该做法应用于本实施方式的不间断电源系统100的情况下，需要对多个不间断电源装置U分别掌握功率模块PM的运转台数。在不间断电源系统100的运用过程中，在各不间断电源装置U中，能够通过热插拔方式适当使一部分的功率模块PM停止运转。因此，为了掌握各不间断电源装置U中的功率模块PM的运转台数，要求始终监视各不间断电源装置U的运转状况。担心难以随着不间断电源装置U的台数的增加和/或随着各不间断电源装置U所包含的功率模块PM的台数的增加而准确地掌握功率模块PM的运转台数。
在本实施方式中，提出能够在模块型不间断电源装置U中容易地检测出运转中的功率模块PM所应分担的电流的结构。特别是，在本实施方式中，提出能够在将多个模块型不间断电源装置U并联连接于负载52的不间断电源系统100中检测出运转中的功率模块PM所应分担的电流的结构。
＜不间断电源装置的结构＞
图2是表示图1所示的不间断电源装置U的结构的电路框图。在图2中，有代表性地示出不间断电源装置U1的结构。
参照图2，旁路模块BM具有开关S4和控制电路9。开关S4连接在输入端子T11与输出端子T12之间。开关S4例如是具有反并联连接的一对晶闸管的晶闸管开关。开关S4由控制电路9控制。开关S4在逆变器供电模式时切断，在旁路供电模式时接通。
控制电路9通过通信线(未图示)与控制装置50以及功率模块PM1～PM3各自所包含的控制电路6相互连接。控制电路9经由通信线与控制装置50及各控制电路6进行信息的授受。此外，控制电路9、控制电路6及控制装置50之间的通信可以通过无线通信及有线通信中的任一方实现。
控制电路9能够通过与各控制电路6通信来获取与各功率模块PM的运转状况相关的信息。在该与运转状况相关的信息中，包含表示功率模块PM有无故障的信息。
控制电路9基于电流检测器CT1的输出信号检测不间断电源装置U1的输出电流I1，并求出供给该输出电流I1至少需要的功率模块PM的下限运转台数Nmin。控制电路9通过将所求出的下限运转台数Nmin与冗余运转台数Nr(例如1台)相加来求出适当运转台数Ns。
通过像这样使将下限运转台数Nmin与冗余运转台数Nr相加而得的适当运转台数Ns的功率模块PM运转，在1台功率模块PM故障的情况下，能够在利用下限运转台数Nmin的功率模块PM持续向负载52供电的状态下对故障的功率模块PM进行更换。
而且，控制电路9通过与各控制电路6通信来求出功率模块PM的当前的运转台数Nc。控制电路9将适当运转台数Ns与当前的运转台数Nc比较，并基于其比较结果以及与各功率模块PM的运转状况相关的信息来判别是使各功率模块PM为停止状态还是为运转状态。控制电路9将表示判别结果的信号提供给控制电路6。
控制电路9例如可以由微型计算机等构成。作为一个例子，控制电路9内置未图示的CPU(Central Processing Unit：中央处理器)及存储器，能够通过由CPU执行预先保存于存储器的程序的软件处理来执行后述的控制动作。或者，对于该控制动作中的一部分或者全部，还能够取代软件处理而通过使用了内置的专用的电子电路等的硬件处理来实现。控制电路9与“第二控制电路”的一实施例对应。
功率模块PM除了输入端子T1、电池端子T2及输出端子T3以外，还具有开关S1～S3、电容器C1、C2、C3、电抗器L1、L2、直流线4、转换器1、逆变器2、双向斩波器3、电流检测器CT11、CT12及控制电路6。
输入端子T1经由开关S11及输入端子TI从交流电源51接受工业频率的交流输入电压Vi。从交流电源51供给的工业频率的交流输入电压(输入端子T1的电压)Vi的瞬时值由控制电路6检测。控制电路6例如在交流输入电压Vi比下限值高的情况下，判断为正在从交流电源51正常供给交流输入电压Vi，在交流输入电压Vi与下限值相比降低的情况判断为交流电源51发生了停电。另外，控制电路6与交流输入电压Vi同步地控制转换器1及逆变器2。
开关S1的第一端子与输入端子T1连接，第二端子经由电抗器L1与转换器1的输入节点连接。电容器C1与开关S1的第二端子连接。开关S1在功率模块PM的使用时接通，在例如功率模块PM的维护时切断。
电容器C1及电抗器L1构成交流滤波器。该交流滤波器是低通滤波器，使工业频率的交流电流从交流电源51向转换器1流动，防止在转换器1中产生的开关频率的信号向交流电源51侧流动。
电流检测器CT11检测从交流电源51经由输入端子T1向功率模块PM流入的电流Ii的瞬时值，并将表示该检测值的信号Iif提供给控制电路6。
转换器1由控制电路6控制，在从交流电源51正常供给交流电力的通常时，将从交流电源51供给的交流电力转换为直流电力并向直流线4输出。在来自交流电源51的交流电力的供给停止的停电时，转换器1停止运转。
直流线4与转换器1、双向斩波器3及逆变器2连接。呈现于直流线4的直流电压VDC由控制电路6检测。控制电路6在通常时以使从转换器1输出的直流电压VDC变为参照直流电压VDCr的方式控制转换器1。
电容器C2与直流线4连接，使直流线4的直流电压VDC平滑化以及稳定化。双向斩波器3的高电压侧节点与直流线4连接，其低电压侧节点经由开关S2与电池端子T2连接。
双向斩波器3由控制电路6控制。双向斩波器3在通常时将通过转换器1生成的直流电力蓄积于电池B。双向斩波器3在交流电源51的停电时向逆变器2供给电池B的直流电力。
开关S2在功率模块PM的使用时接通，在例如功率模块PM的维护时或者电池B的维护时切断。
电池B的端子间电压(电池电压)VB的瞬时值由控制电路6检测。控制电路6在通常时以使电池电压VB变为参照电池电压VBr的方式控制双向斩波器3。控制电路6在交流电源51的停电时以使直流线4的直流电压VDC变为参照直流电压VDCr的方式控制双向斩波器3。
逆变器2由控制电路6控制，在通常时将通过转换器1生成的直流电力转换为工业频率的交流电力。逆变器2在交流电源51的停电时将从电池B经由双向斩波器3供给的直流电力转换为工业频率的交流电力。
电抗器L2的第一端子与逆变器2的输出节点连接，其第二端子经由开关S3与输出端子T3连接。电容器C3与电抗器L2的第二端子连接。电容器C3及电抗器L2构成交流滤波器。该交流滤波器是低通滤波器，使工业频率的交流电流从逆变器2向负载52侧流动，防止在逆变器2中产生的开关频率的信号向负载52侧通过。换言之，交流滤波器将从逆变器2输出的矩形波状的电压转换为正弦波状的电压。
呈现于电抗器L2的第二端子的交流输出电压Vo的瞬时值由控制电路6检测。电流检测器CT12检测逆变器2的输出电流Io，并将表示其检测值的信号Iof提供给控制电路6。
开关S3的第一端子与电抗器L2的第二端子连接，其第二端子与输出端子T3连接。开关S3由控制电路6控制。控制电路6在使对应的功率模块PM为停止状态的情况下，使开关S3切断而将功率模块PM与输出端子TO分开。此时，也可以进一步使开关S1切断或者使功率模块PM停止运转。另外，控制电路6在使对应的功率模块PM为运转状态的情况下，使开关S1、S3维持接通状态，并且使功率模块PM继续运转。开关S3与“第一开关”的一实施例对应。
控制电路6例如可以由微型计算机等构成。作为一个例子，控制电路6内置处理器7及存储器8，能够通过由处理器7执行预先保存于存储器8的程序的软件处理来执行后述的控制动作。或者，对于该控制动作中的一部分或者全部，还能够取代软件处理而通过使用了内置的专用的电子电路等的硬件处理来实现。控制电路6与“第一控制电路”的一实施例对应。
＜不间断电源系统的控制结构＞
图3是表示不间断电源系统100中的控制结构的图。在图3中，示出了与各不间断电源装置U所包含的多个功率模块PM的输出电流的控制相关的部分的结构。
如图1所示，多个不间断电源装置U1、U2并联地连接于负载52。在图3的左侧示出了不间断电源装置U1的输出电流I1的控制结构，在图3的右侧示出了不间断电源装置U2的输出电流I2的控制结构。
在各不间断电源装置U中，旁路模块BM的控制电路9和功率模块PM1～PM3的控制电路6通过通信线相互连接，在控制电路9及各控制电路6之间进行信息的授受。
电流检测器CT1检测不间断电源装置U1的输出电流I1的瞬时值。电流检测器CT2检测不间断电源装置U2的输出电流I2的瞬时值。对于电流检测器CT1、CT2，分别使用例如被称为CT(Current Transformer：电流互感器)的电流互感器。电流互感器虽然省略图示，但通常构成为包含初级绕组、次级绕组及铁心。电流互感器利用卷绕于铁心的初级绕组将流入电力线的电流取入。若向初级绕组中流入了初级电流，则在铁心中引起磁通。与该磁通的变化对应地，在卷绕于铁心的次级绕组中流动次级电流。电流互感器将该次级电流取出，利用与次级电路连接的次级负载阻抗转换为次级端子电压。此外，所谓次级负载阻抗，是与电流互感器的次级电路连接的负载(计量器、继电器、导线等)的阻抗。
在图3中，示出了电流检测器CT1、CT2各自的次级负载阻抗10。在不间断电源装置U1中，控制电路9基于流经次级负载阻抗10的次级电流检测不间断电源装置U1的输出电流I1。如上所述，控制电路9使用输出电流I1的检测值求出功率模块PM的适当运转台数Ns。而且，控制电路9将所求出的适当运转台数Ns与当前的运转台数Nc比较，基于其比较结果以及与各功率模块PM的运转状况相关的信息判别是使各功率模块PM为停止状态还是为运转状态，并将表示判别结果的信号提供给各控制电路6。
在不间断电源装置U1中，各功率模块PM具有电阻元件11及开关S5。电阻元件11与电流检测器CT1(次级绕组)并联地连接。开关S5连接在电阻元件11与电流检测器CT1之间。在开关S5的接通状态下，形成电阻元件11与电流检测器CT1的并联电路。通过切断开关S5，使电阻元件11与电流检测器CT1分开。电阻元件11与“电阻元件”的一实施例对应。开关S5与“第二开关”的一实施例对应。
在图3的例子中，在不间断电源装置U1中，若功率模块PM1～PM3所包含的开关S5全部接通，则3个电阻元件11并联地连接于电流检测器CT1。此外，3个电阻元件11的电阻值相互相等。若在该状态下将功率模块PM1～PM3中的任一个所包含的开关S5切断，则并联连接于电流检测器CT1的电阻元件11的个数从3减少到2。
各开关S5由对应的功率模块PM的控制电路6控制。具体而言，在各功率模块PM中，控制电路6构成为在接通开关S3时将开关S5接通，在切断开关S3时将开关S5切断。
据此，控制电路6在使对应的功率模块PM为停止状态的情况下，使开关S3切断，并且使开关S5切断而将电阻元件11与电流检测器CT1分开。另外，控制电路6在使对应的功率模块PM为运转状态的情况下，使开关S3接通，并且使开关S5接通而使电阻元件11与电流检测器CT1连接。因而，并联连接于电流检测器CT1的电阻元件11的个数变为与不间断电源装置U1中并联运转的功率模块PM的台数(即，功率模块PM的当前的运转台数Nc)相等。
不间断电源装置U2具有与上述的不间断电源装置U1的控制结构同样的控制结构。因而，通过使与变为停止状态的功率模块PM对应的开关S5切断，并联连接于电流检测器CT2的电阻元件11的个数变为与不间断电源装置U2中并联运转的功率模块PM的台数(即，功率模块PM的当前的运转台数Nc)相等。
各不间断电源装置U还具备开关S6。电流检测器CT1(次级绕组)与电流检测器CT2(次级绕组)经由开关S6相互并联地连接。由此，不间断电源装置U1中的电阻元件11的并联电路与不间断电源装置U2中的电阻元件11的并联电路相互并联地连接。开关S6与“第四开关”的一实施例对应。
开关S6用于将对应的不间断电源装置U中的电阻元件11的并联电路与其它的不间断电源装置U中的电阻元件11的并联电路分开。开关S6由控制电路9控制，在使对应的不间断电源装置U为运转状态的情况下接通，在使对应的不间断电源装置U为停止状态的情况下切断。即，在不间断电源装置U1中，在开关S21接通时开关S6接通，在开关S21切断时开关S6切断。在不间断电源装置U2中，在开关S22切断时开关S6切断，在开关S22切断时开关S6切断。
图4是提取图3所示的控制结构中的电阻元件11的并联电路进行表示的图。
参照图4，并联电路20表示在不间断电源装置U1中形成的电阻元件11的并联电路。并联电路22表示在不间断电源装置U2中形成的电阻元件11的并联电路。
并联电路20、22各自所包含的电阻元件11的总数与对应的不间断电源装置U所包含的功率模块PM的总数相等。开关S5串联地连接于各电阻元件11。在并联电路20、22各自之中，并联连接的电阻元件11的个数根据各开关S5的通断而变化。如上所述，开关S5在使对应的功率模块PM为停止状态的情况下切断，在使对应的功率模块PM为运转状态的情况下接通。并联连接的电阻元件11的个数与对应的不间断电源装置U中并联运转的功率模块PM的台数(当前的运转台数Nc)相等。
而且，并联电路20与并联电路22由开关S6相互并联地连接。如上所述，开关S6在使对应的不间断电源装置U为运转状态的情况下接通，在使对应的不间断电源装置U为停止状态的情况下切断。
在图4的例子中，在各个并联电路20、22中3个开关S5全部接通的情况下，在整个不间断电源系统100中，形成合计6个电阻元件11的并联电路24。由于6个电阻元件11的电阻值相互相等，因此在6个电阻元件11中流动的电流值也相互相等。
在并联电路24中，流动与不间断电源装置U1的输出电流I1及不间断电源装置U2的输出电流I2的总和的电流即负载电流IL相当的电流。该电流被6个电阻元件11均等地分流。因而，在各电阻元件11中，流动与负载电流IL的1/6相当的电流。
返回到图3，在各功率模块PM中，控制电路6通过检测在对应的电阻元件11中流动的电流，检测对应的功率模块PM的分担电流ID。分担电流ID是并联运转的多个功率模块PM所应均等地分担的电流，相当于各功率模块PM的输出电流Im的目标值。在图4的例子中，各控制电路6检测分担电流ID＝IL/6。
在此，在不间断电源装置U1、U2的任一方中，假定至少一个功率模块PM停止了运转的情况。在图5中，示出了在不间断电源装置U1中有1个功率模块PM停止了运转的情况。
如图5所示，在并联电路20中，通过使与停止了运转的功率模块PM对应的开关S5切断，并联连接的电阻元件11的个数从3减少到2。因此，在整个并联电路24中，并联连接的电阻元件11的个数从6减少到5。
该情况下，流经并联电路24的电流被5个电阻元件11均等地分流，因此在各电阻元件11中流动与负载电流IL的1/5相当的电流。各控制电路6基于在对应的电阻元件11中流动的电流检测分担电流ID＝IL/5。
图6是表示各功率模块PM的控制电路6的功能结构的图。在图6中，示出了不间断电源装置U1所包含的功率模块PM的控制电路6中的与逆变器2的控制相关的部分。
如图6所示，控制电路6包含开关控制部60、分担电流检测部62、输出电流运算部64、减法器66、电流控制部68、加法器70、PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)电路72、选通电路74和故障检测部76。这些功能结构通过在图2所示的控制电路6中由处理器7执行规定的程序来实现。
故障检测部76检测功率模块PM有无故障。故障检测部76在功率模块PM故障的情况下，向旁路模块BM的控制电路9输出故障检测信号。
此外，旁路模块BM的控制电路9通过与控制装置50通信而在开关S21接通时将开关S6接通，在开关S21切断时将开关S6切断。而且，控制电路9通过与各控制电路6通信来获取与各功率模块PM的运转状况相关的信息。该与运转状况相关的信息中包含故障检测信号。
控制电路9在开关S21为接通状态时，基于电流检测器CT1的输出信号检测不间断电源装置U1的输出电流I1，并求出用于供给该输出电流I1的适当运转台数Ns。而且，控制电路9通过与各控制电路6通信而求出功率模块PM的当前的运转台数Nc。控制电路9将适当运转台数Ns与当前的运转台数Nc比较，基于其比较结果以及与各功率模块PM的运转状况相关的信息判别是使各功率模块PM为停止状态还是为运转状态。控制电路9将表示判别结果的信号提供给各控制电路6。
在各控制电路6中，开关控制部60从旁路模块BM的控制电路9接受表示判别结果的信号。开关控制部60基于该信号对开关S3、S5的通断进行控制。具体而言，在使功率模块PM为运转状态的情况下，开关控制部60将开关S3接通，并且将开关S5接通。在使功率模块PM为停止状态的情况下，开关控制部60将开关S3切断，并且将开关S5切断。
分担电流检测部62基于流经电阻元件11的电流检测功率模块PM的分担电流ID。分担电流检测部62向减法器66输出所检测的分担电流ID。
输出电流运算部64使用电流检测器CT12的输出信号Iof及交流输出电压Vo计算功率模块PM的输出电流Im。具体而言，输出电流运算部64对于交流输出电压Vo，使用电容器C3的电容C及交流输出电压Vo求出流入电容器C3的电流Ic(Ic＝C·dVo/dt)。然后，输出电流运算部64通过使逆变器2的输出电流Io减去电流Ic来计算功率模块PM的输出电流Im。这样一来，就不再需要用于检测功率模块PM的输出电流Im的电流检测器。
减法器66求出分担电流ID与功率模块PM的输出电流Im的偏差ΔIm＝ID－Im。电流控制部68以偏差ΔIm变为0的方式生成电压指令值Vo＊。电流控制部68例如通过按照比例控制或者比例积分控制将偏差ΔIm放大而生成电压指令值Vo＊。
加法器70将电压指令值Vo＊与交流输出电压Vo的检测值相加而生成电压指令值Vo#。
PWM电路72基于电压指令值Vo#生成用于对逆变器2进行控制的PWM信号。选通电路74基于所生成的PWM信号生成选通信号。选通电路将所生成的选通信号向逆变器2输出。通过选通信号，控制逆变器2所包含的多个半导体开关元件(未图示)的通断。
如以上说明，根据本实施方式，通过设为与并联运转的功率模块PM的台数相同数目的电阻元件11并联地连接于检测模块型不间断电源装置U的输出电流的电流检测器CT的结构，各功率模块PM的控制电路6能够基于流经电阻元件11的电流检测功率模块PM的分担电流ID。
据此，不再需要通过使不间断电源装置U的输出电流的检测值除以功率模块PM的运转台数来计算分担电流ID的处理。因而，不再需要掌握功率模块PM的运转台数，因此能够容易地检测出运转中的功率模块PM所应分担的电流。
而且，如图1所示，在将多个模块型不间断电源装置U并联连接于负载52的不间断电源系统100中，通过设为将与多个不间断电源装置U分别对应地设置的多个电流检测器CT相互并联地连接的结构，并联连接的电阻元件11的个数变为各不间断电源装置U中的功率模块PM的运转台数的总和。由于在并联连接的电阻元件11中流动相互相等的电流，因此各控制电路6能够基于在对应的电阻元件11中流动的电流检测功率模块PM的分担电流ID。因此，能够防止在多个不间断电源装置U之间分担电流ID产生偏差。
例如，如图5所示，在不间断电源装置U1中，在3台功率模块PM中的1台功率模块PM停止了运转的情况下，与功率模块PM的运转台数的总和从6减少到5相应地，其余2台功率模块PM以及其它的不间断电源装置U2所包含的3台的功率模块PM各自的分担电流ID一律从IL/6变更为IL/5。在像这样并联运转的功率模块PM的台数在不间断电源装置U1、U2之间不同的情况下，也能够防止在不间断电源装置U1、U2之间分担电流ID产生偏差。
此外，在设为通过使负载电流IL除以功率模块PM的运转台数来计算功率模块PM的分担电流ID的结构的情况，需要始终在多个不间断电源装置U之间共享与功率模块PM的运转台数相关的信息。随着不间断电源装置U的台数和/或各不间断电源装置U所包含的功率模块PM的台数增加，信息会复杂化，因此担心难以准确地计算分担电流ID。
相对于此，在本实施方式中，通过由被设为停止状态的功率模块PM的控制电路6将开关S3切断并且将开关S5切断，在并联连接的电阻元件11中流动的电流会自动地变化。因而，运转中的功率模块PM的控制电路6能够基于流经电阻元件11的电流容易且准确地检测出分担电流ID。
此外，在上述的实施方式中，对在模块型不间断电源装置U中由旁路模块BM的控制电路9判别使各功率模块PM为运转状态及停止状态中的哪一个状态的结构进行了说明，但也可以设为由各功率模块PM的控制电路6通过与其它的控制电路6进行通信来判别使本装置为运转状态及停止状态中的哪一个状态的结构。
另外，在上述的实施方式中，对具备各自包含3台功率模块PM的2台不间断电源装置U的不间断电源系统进行了说明，但功率模块PM的台数以及不间断电源装置U的台数并不限于此。本公开显然能够应用于具备包含任意台数的功率模块PM的任意台数的不间断电源装置U的不间断电源系统。
此次公开的实施方式在全部方面都应理解为是例示性的而非限制性的。本公开通过权利要求书、而非上述的说明来表示，意图包含与权利要求书等同的意义及范围内的全部变更。
附图标记说明
1转换器；2逆变器；3双向斩波器；4直流线；6、9控制电路；7处理器；8存储器；10次级负载阻抗；11电阻元件；20、22、24并联电路；50控制装置；51交流电源；52负载；60开关控制部；62分担电流检测部；64输出电流运算部；66减法器；68电流控制部；70加法器；72PWM电路；74选通电路；76故障检测部；100不间断电源系统；B1、B2电池；BM旁路模块；C1、C2、C3电容器；CT1、CT2、CT11、CT12电流检测器；ID分担电流；IL负载电流；L1、L2电抗器；PM1～PM3功率模块；T1、T11、TI输入端子；T3、T12、TO输出端子；U1、U2不间断电源装置。

Claims (7)

1.一种模块型不间断电源装置，其特征在于，具备：
输入端子，接受从交流电源供给的交流电力；
输出端子，与负载连接；
多个电力转换模块，并联连接在所述输入端子与所述输出端子之间；
第一电流检测器，检测从所述输出端子输出的交流电流；以及
多个第一控制电路，与所述多个电力转换模块分别对应地设置；
各电力转换模块包含：
电力转换器；
第一开关，与所述电力转换器串联地连接在所述输入端子与所述输出端子之间；
电阻元件；以及
第二开关，在接通状态下将所述第一电流检测器与所述电阻元件并联连接；
各所述第一控制电路构成为在使对应的电力转换模块为运转状态的情况下将所述第一开关及所述第二开关接通，另一方面，在使该电力转换模块为停止状态的情况下将所述第一开关及所述第二开关切断，
各所述第一控制电路基于在所述第二开关的接通状态下流经所述电阻元件的电流检测所述对应的电力转换模块的分担电流，并且以使该电力转换模块的输出电流变为所述分担电流的方式控制所述电力转换器。
2.根据权利要求1所述的模块型不间断电源装置，其特征在于，
所述第一电流检测器包含电流互感器，
所述第二开关在接通状态下将所述电流互感器与所述电阻元件并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的模块型不间断电源装置，其特征在于，
所述模块型不间断电源装置还具备判别使所述各电力转换模块为所述运转状态及所述停止状态中的哪一个状态的第二控制电路，
各所述第一控制电路在利用所述第二控制电路判别为设为所述运转状态的情况下使所述对应的电力转换模块运转，在利用所述第二控制电路判别为设为所述停止状态的情况下使所述对应的电力转换模块停止运转。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的模块型不间断电源装置，其特征在于，
所述电力转换器包含：
转换器，将输入到所述输入端子的交流电力转换为直流电力；以及
逆变器，将通过所述转换器生成的所述直流电力或者电力蓄积装置的直流电力转换为交流电力；
各所述第一控制电路以使所述对应的电力转换模块的输出电流变为所述分担电流的方式控制所述逆变器。
5.根据权利要求4所述的模块型不间断电源装置，其特征在于，
所述电力转换器还包含：
电抗器，第一端子与所述逆变器的输出节点连接，第二端子经由所述第一开关与所述输出端子连接；以及
电容器，与所述电抗器的所述第二端子连接；
所述各电力转换模块还包含检测所述逆变器的输出电流的第二电流检测器，
各所述第一控制电路基于所述第二电流检测器的检测值、呈现于所述输出端子的交流输出电压以及所述电容器的电容，计算所述对应的电力转换模块的输出电流。
6.一种不间断电源系统，其特征在于，
所述不间断电源系统具备并联连接于所述负载的多个不间断电源装置，
各不间断电源装置包含权利要求1至5中任一项所述的模块型不间断电源装置，
与所述多个不间断电源装置分别对应地设置的多个所述第一电流检测器相互并联连接。
7.根据权利要求6所述的不间断电源系统，其特征在于，还具备：
多个第三开关，与所述多个不间断电源装置分别对应地设置，在接通状态下将对应的不间断电源装置的所述输出端子与所述负载连接；以及
控制装置，构成为将与所述运转状态的不间断电源装置对应的第三开关接通，将与所述停止状态的不间断电源装置对应的所述第三开关切断；
所述各不间断电源装置还包含第四开关，该第四开关在接通状态下将所述第一电流检测器与其它的不间断电源装置的所述第一电流检测器并联连接，
所述第四开关在所述第三开关的接通状态下接通，在所述第三开关的切断状态下切断。
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