JP2006109603A - 無停電電源装置、無停電電源装置の制御方法、無停電電源システム、および、無停電電源用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 並列運転している無停電電源装置間で信号線の渡りをなくして、故障発生時に確実かつ迅速に選択遮断することが可能な無停電電源装置を提供すること。
【解決手段】 本装置およびこれと並列に接続される他の無停電電源装置から負荷機器への出力電圧Ｖ_ｏを検出する第１の検出手段（Ａ／Ｄ変換器１０ｊ）と、本装置の出力電圧Ｖ_ｉを検出する第２の検出手段（Ａ／Ｄ変換器１０ｈ）と、出力電圧Ｖ_ｏを所定量だけ遅延させる第１の遅延手段（遅延ブロック１００）と、出力電圧Ｖ_ｉを所定量だけ遅延させる第２の遅延手段（遅延ブロック１０１）と、出力電圧Ｖ_ｏと、第１の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｏｄと、出力電圧Ｖ_ｉと、第２の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｉｄと、の間で所定の演算を施すことにより本装置が故障しているか否かを判定する判定手段（制御回路１０ｅ）と、を有する。
【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、無停電電源システム、および、無停電電源用プログラムに関する。

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、商用電源が正常なとき商用電源からの交流電力を直流電力に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、蓄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電力を調整しながらインバータ回路から出力させるためのＰＷＭ制御信号を発生する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。複数台のインバータを並列運転する場合、１台のインバータ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問題も発生する。

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、負荷機器に出力される複数台数の無停電電源装置の合計電流を検出し、個々の無停電電源装置の電流値と比較し、この電流値が複数台の平均値となるように制御することにより、各無停電電源装置に公平に電力を供給させることが行われている。

また、特許文献１に示すように、各インバータ出力電圧波形間の位相差及び電圧差を検出し、位相差を抑制するように各インバータ出力電圧の周波数を補正し、電圧差を抑制するように各インバータ出力電圧の大きさを補正することも行われている。

特開平１−２５５４７５号公報（特許請求の範囲、要約書）

ところで、並列運転中に特定の無停電電源装置で故障が発生した場合には、当該装置を選択遮断する必要が生じる。しかしながら、上述した２つの従来の技術では、並列運転している互いの無停電電源装置間で信号をやりとりするための回路が必要となる。

そのため、当該回路が故障した場合や相互の信号線に断線、接触不良等の異常が発生した場合には、選択遮断ができないため、装置の信頼性が低下するという問題点がある。

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、並列運転している無停電電源装置間で信号線の渡りをなくして、故障発生時に確実かつ迅速に選択遮断することが可能な無停電電源装置、無停電電源装置の制御方法、無停電電源システム、および、無停電電源用プログラ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、本装置およびこれと並列に接続される他の無停電電源装置から負荷機器への出力電圧Ｖ_ｏを検出する第１の検出手段と、本装置の出力電圧Ｖ_ｉを検出する第２の検出手段と、第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏを所定量だけ遅延させる第１の遅延手段と、第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉを所定量だけ遅延させる第２の遅延手段と、第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏと、第１の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｏｄと、第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉと、第２の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｉｄと、の間で所定の演算を施すことにより本装置が故障しているか否かを判定する判定手段と、を有する。

このため、並列運転している無停電電源装置間で信号線の渡りをなくして、故障発生時に確実かつ迅速に選択遮断することが可能な無停電電源装置を提供することが可能になる。

また、本発明の無停電電源装置は、上述の発明に加えて、第１の遅延手段は、第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏを１周期分遅延してＶ_ｏｄとして出力し、第２の遅延手段は、第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉを１周期分遅延してＶ_ｉｄとして出力し、判定手段は、Ｖ_ｉからＶ_ｉｄを減算した値ΔＶ_ｉと、Ｖ_ｏからＶ_ｏｄを減算した値ΔＶ_ｏとを求め、ΔＶ_ｉからΔＶ_ｏを減算した値にΔＶ_ｏを乗算した値が正の値をとる場合には、本装置が故障していると判定し、負の値をとる場合には本装置は正常であると判定する。このため、簡単な演算によって迅速かつ確実に本装置の故障を検出することが可能になる。

また、本発明の無停電電源装置は、上述の発明に加えて、判定手段の演算結果から低域周波数成分のみを抽出するための低域通過フィルタをさらに有するようにしている。このため、故障発生から故障検出までの時間を調整することが可能になる。

また、本発明の無停電電源装置は、上述の発明に加えて、演算結果を所定の閾値と比較する比較手段をさらに有し、判定手段が、比較手段の比較結果に応じて、本装置が正常または異常であることを判定するようにしている。このため、誤検出を防止することが可能になる。

また、本発明の無停電電源装置は、上述の発明に加えて、判定手段によって本装置が故障していると判断された場合には、本装置と負荷との接続を遮断する遮断手段をさらに有する。このため、故障が発生した場合には、本装置を迅速に遮断し、他の健全な装置に影響を与えないようにすることが可能になる。

また、本発明の無停電電源装置の制御方法は、本装置およびこれと並列に接続される他の無停電電源装置から負荷機器への出力電圧Ｖ_ｏを検出し、本装置の出力電圧Ｖ_ｉを検出し、第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏを所定量だけ遅延させてＶ_ｏｄとし、第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉを所定量だけ遅延させてＶ_ｏｉとし、検出された出力電圧Ｖ_ｏと、所定量だけ遅延された出力電圧Ｖ_ｏｄと、検出された出力電圧Ｖ_ｉと、所定量だけ遅延された出力電圧Ｖ_ｉｄと、の間で所定の演算を施すことにより本装置が故障しているか否かを判定する。

このため、並列運転している無停電電源装置間で信号線の渡りをなくして、故障発生時に確実かつ迅速に選択遮断することが可能な無停電電源装置の制御方法を提供することが可能になる。

また、本発明の無停電電源システムは、複数の無停電電源装置が負荷に対して並列に接続された無停電電源システムにおいて、各無停電電源装置は、本装置およびこれと並列に接続される他の無停電電源装置から負荷機器への出力電圧Ｖ_ｏを検出する第１の検出手段と、本装置の出力電圧Ｖ_ｉを検出する第２の検出手段と、第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏを所定量だけ遅延させる第１の遅延手段と、第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉを所定量だけ遅延させる第２の遅延手段と、第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏと、第１の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｏｄと、第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉと、第２の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｉｄと、の間で所定の演算を施すことにより本装置が故障しているか否かを判定する判定手段と、を有している。

このため、並列運転している無停電電源装置間で信号線の渡りをなくして、故障発生時に確実かつ迅速に選択遮断することが可能な無停電電源システムを提供することが可能になる。

また、本発明の無停電電源装置用プログラムは、本装置およびこれと並列に接続される他の無停電電源装置から負荷機器への出力電圧Ｖ_ｏを検出する第１の検出手段、本装置の出力電圧Ｖ_ｉを検出する第２の検出手段、第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏを所定量だけ遅延させる第１の遅延手段、第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉを所定量だけ遅延させる第２の遅延手段、第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏと、第１の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｏｄと、第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉと、第２の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｉｄと、の間で所定の演算を施すことにより本装置が故障しているか否かを判定する判定手段、としてコンピュータを機能させるようにしている。

このため、並列運転している無停電電源装置間で信号線の渡りをなくして、故障発生時に確実かつ迅速に選択遮断することが可能な無停電電源装置用プログラムを提供することが可能になる。

本発明は、並列運転している無停電電源装置間で信号線の渡りをなくして、故障発生時に確実かつ迅速に選択遮断することが可能な無停電電源装置、無停電電源装置の制御方法、無停電電源システム、および、無停電電源装置用プログラ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と同様の構成を有しているので、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、蓄電池１０ｂ、インバータ１０ｃ、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）ドライブ回路１０ｄ、制御回路１０ｅ、インダクタ１０ｆ、ローパスフィルタ（LPF:Low Pass Filter）１０ｇ、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器１０ｈ、ローパスフィルタ１０ｉ、Ａ／Ｄ変換器１０ｊ、キャパシタ１０ｋ、および、スイッチ１０ｍを有している。

ここで、コンバータ１０ａは、商用電力を直流電力に変換する変換装置である。蓄電池１０ｂは、例えば、鉛蓄電池によって構成され、コンバータ１０ａから出力された直流電力によって充電され、停電の際にはインバータ１０ｃに対して電力を供給する。

インバータ１０ｃは、コンバータ１０ａから出力された直流電力または蓄電池から出力された直流電力を交流電力に変換して出力する変換装置である。ＰＷＭドライブ回路１０ｄは、制御回路１０ｅの制御に応じてインバータ１０ｃを駆動する。

判定手段としての制御回路１０ｅは、Ａ／Ｄ変換器１０ｈ，１０ｊからの出力に応じて、ＰＷＭドライブ回路１０ｄを制御する。また、制御回路１０ｅは、後述するように装置が故障したと判断した場合にはスイッチ１０ｍをオフの状態にし、負荷７０との接続を遮断する。

インダクタ１０ｆは、キャパシタ１０ｋとともにローパスフィルタを構成し、交流電圧の高周波成分を遮断し、低周波成分を透過する。

第２の検出手段の一部としてのローパスフィルタ（LPF:Low Pass Filter）１０ｇは、インバータ１０ｃの出力電圧Ｖ_ｉに含まれている低域成分（ナイキスト周波数以下の成分）のみを通過させ、それ以上の高域成分を遮断する。第２の検出手段の一部としてのＡ／Ｄ変換器１０ｈは、ローパスフィルタ１０ｇの出力をサンプリングするとともに、対応するディジタル信号に変換して出力する。

第１の検出手段の一部としてのローパスフィルタ１０ｉは、インダクタ１０ｆの出力電圧Ｖ_ｏに含まれている低域成分（ナイキスト周波数以下の成分）のみを通過させ、それ以上の高域成分を遮断する。第１の検出手段の一部としてのＡ／Ｄ変換器１０ｊは、ローパスフィルタ１０ｉの出力をサンプリングするとともに、対応するディジタル信号に変換して出力する。

遮断手段としてのスイッチ１０ｍは、本装置が故障した場合に選択遮断するためのスイッチであり、インバータ１０ｃからの電力を遮断する場合にはオフの状態とされ、それ以外の場合にはオンの状態とされる。

図３は、図１に示す制御回路１０ｅの詳細な構成例を示す図である。この図に示すように、制御回路１０ｅは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１ｂ、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１ｃ、Ｉ／Ｆ（Interface）１１ｄ、および、バス１１ｅを有している。

ここで、ＣＰＵ１１ａは、ＲＯＭ１１ｂに格納されている制御用プログラム１１ｂ１にしたがって装置の各部を制御する制御回路である。ＲＯＭ１１ｂは、制御用プログラム１１ｂ１およびその他のプログラムおよびデータ等を格納しており、ＣＰＵ１１ａからの要求に応じて必要なプログラムまたはデータを読み出して供給する半導体記憶装置である。

ＲＡＭ１１ｃは、ＣＰＵ１１ａが各種演算処理を実行する際に、処理途中のプログラムやデータを一時的に格納する半導体記憶装置である。Ｉ／Ｆ１１ｄは、Ａ／Ｄ変換器１０ｈ，１０ｊその他の回路から供給されるデータの表現形式を適宜変換して入力する。

バス１１ｅは、ＣＰＵ１１ａ、ＲＯＭ１１ｂ、ＲＡＭ１１ｃ、Ｉ／Ｆ１１ｄを相互に接続し、これらの間でデータの授受を可能とする接続線群である。

図４は、図３に示す制御用プログラム１１ｂ１が実行された場合に実現される機能ブロックを示す図である。この図に示すように、制御用プログラム１１ｂ１によって実現される機能ブロックは、遅延ブロック１００，１０１、加減算ブロック１０２〜１０４、乗算ブロック１０５を有している。ここで、第１の遅延手段としての遅延ブロック１００は、Ａ／Ｄ１０ｊから出力されるインダクタ１０ｆの出力電圧Ｖ_ｏを１周期分だけ遅延してＶ_ｏｄとして出力する。第２の遅延手段としての遅延ブロック１０１は、Ａ／Ｄ１０ｈから出力されるインバータ１０ｃの出力電圧Ｖ_ｉを１周期分だけ遅延してＶ_ｉｄとして出力する。

加減算ブロック１０２は、Ａ／Ｄ１０ｊから出力されているインダクタの出力電圧Ｖ_ｏの値から、遅延ブロック１００の出力（１周期前の出力電圧Ｖ_ｏ）の値を減算した結果を出力する。加減算ブロック１０３は、Ａ／Ｄ１０ｈから出力されているインバータ１０ｃの出力電圧Ｖ_ｉの値から、遅延ブロック１０１の出力（１周期前の出力電圧Ｖ_ｉ）の値を減算した結果を出力する。

加減算ブロック１０４は、加減算ブロック１０３の出力値から、加減算ブロック１０２の出力の値を減算した結果を出力する。乗算ブロック１０５は、加減算ブロック１０２の出力値と加減算ブロック１０４の出力値とを乗算した結果を出力する。なお、図４に示す機能ブロックの処理の詳細については後述する。

つぎに、本実施の形態に係る無停電電源システムが故障時において、遮断する場合の動作について説明する。以下では、２台の無停電電源装置１０，２０が並列運転している場合の故障検出動作について説明した後、６台の無停電電源装置１０〜６０の選択遮断動作について説明する。

説明を簡略化するために、まず、２台の無停電電源装置１０，２０が並列運転している場合を想定する。この場合において、故障を検出するための物理量として、以下の式１に示すｐｈを導入する。この式において、Δｖ_ｉ１は無停電電源装置１０のインバータの１周期前の出力と現在の出力の差分（周回差）であり、Δｖ_ｉ２は無停電電源装置２０のインバータの１周期前の出力と現在の出力の差分（周回差）である。すなわち、インバータの出力電圧ｖ_ｉの周期がＴ_０である場合にΔｖ_ｉ１＝ｖ_ｉ１（ｔ）−ｖ_ｉ１（ｔ−Ｔ_０）、Δｖ_ｉ２＝ｖ_ｉ２（ｔ）−ｖ_ｉ２（ｔ−Ｔ_０）である。

ところで、式１には、無停電電源装置１０と無停電電源装置２０の双方のインバータ出力電圧の周回差Δｖ_ｉ１，Δｖ_ｉ２が含まれているので、式１の物理量にて選択遮断動作を行わせるには、他の装置の情報を必要とする。自身の情報のみで選択遮断動作を実現するために、これらの一方を消去することを考える。ここで、無停電電源装置の電圧検出系（ローパスフィルタ１０ｇ，１０ｉおよびＡ／Ｄ変換器１０ｈ，１０ｊ）の応答速度を、無停電電源装置の出力フィルタを構成するインダクタ１０ｆおよびキャパシタ１０ｋの応答速度よりも遅く設定しておけば、出力電圧Ｖ_ｏの周回差Δｖ_ｏ（＝ｖ_ｏ（ｔ）−ｖ_ｏ（ｔ−Ｔ_０））、出力電圧ｖ_ｉ１，ｖ_ｉ２の周回差Δｖ_ｉ１，Δｖ_ｉ２との間には、以下の関係が成立する。

したがって、Δｖ_ｉ１とΔｖ_ｏとの差分は以下の式で表される。

よって、式２、式３を式１に代入すると、以下の式４を得る。

したがって、この式４から係数４を除いて物理量ｐｈを以下のように再度定義する。

以下に無停電電源装置１０の場合で、選択遮断動作について説明する。

まず、無停電電源装置１０が正常な場合に、並列運転している無停電電源装置の負荷７０が増加方向に変動したとき、出力電圧は減少するのでΔｖ_ｏは負の値をとり、インバータ出力電圧も同様に減少するのでΔｖ_ｉ１も負の値をとる。ところで、Δｖ_ｏの絶対値の大きさは、無停電電源装置の出力フィルタを構成するリアクトル１０ｆのためにΔｖ_ｉ１の大きさよりも大きくなる。したがって、ｐｈ＜０となる。すなわち、正常運転時に負荷７０が増加した場合にはｐｈ＜０となる。

逆に、無停電電源装置１０が正常な場合に、並列運転している無停電電源装置の負荷７０が減少方向に変動したとき、出力電圧は増加するのでΔｖ_ｏは正の値をとり、インバータ出力電圧も同様に増加するのでΔｖ_ｉ１も正の値をとる。ところで、Δｖ_ｏの絶対値の大きさは、無停電電源装置の出力フィルタを構成するリアクトル１０ｆのためにΔｖ_ｉ１の大きさよりも大きくなる。したがって、ｐｈ＜０となる。すなわち、正常運転時に負荷７０が減少した場合にはｐｈ＜０となる。

一方、無停電電源装置１０が異常な場合（または故障した場合）に、そのインバータ出力電圧が増大すると無停電電源装置の出力電圧も増大するのでΔｖ_ｉ１およびΔｖ_ｏは正となる。また、式２より、Δｖ_ｏの大きさはΔｖ_ｉ１の大きさより小さい。したがって、ｐｈ＞０となる。すなわち、無停電電源装置１０に出力電圧が増大する異常等が発生した場合にはｐｈ＞０となる。

逆に、無停電電源装置１０が異常な場合（または故障した場合）に、そのインバータ出力電圧が減少すると無停電電源装置の出力電圧も減少するのでΔｖ_ｉ１およびΔｖ_ｏは負となる。また、式２より、Δｖ_ｏの大きさはΔｖ_ｉ１の大きさより小さい。したがって、ｐｈ＞０となる。すなわち、無停電電源装置１０に出力電圧が減少する異常等が発生した場合にはｐｈ＞０となる。

以上に示したように、無停電電源装置１０のインバータ１０ｃの出力電圧ｖ_ｉ１の周回差Δｖ_ｉ１と、出力電圧ｖ_ｏの周回差Δｖ_ｏとによる物理量ｐｈを算定し、これが正の値である場合には自機が故障していると判断し、これが負の値である場合には、自機は正常であると判断することができる。このため、自機のみの情報により、故障の発生を検出することができることから、並列運転している無停電電源装置間で信号線の渡り（相互接続）をなくすことができるので、故障発生時には確実かつ迅速に選択遮断することが可能となる。なお、式５のΔｖ_ｉ１をΔｖ_ｉ２に置換すれば無停電電源装置２０の故障判定用の物理量を得ることができる。

なお、以上では、簡略化のために無停電電源装置１０，２０の２台を並列運転する場合を例に挙げて説明したが、３台以上の無停電電源装置を並列運転する場合であっても前述の物理量ｐｈを用いることにより、自機が故障しているか否かを判定することができる。すなわち、第ｎ番目の無停電電源装置に注目した場合に、当該装置が故障しているか否かを判定するためには自機のインバータの出力電圧ｖ_ｉｎの周回差Δｖ_ｉｎと、出力電圧ｖ_ｏの周回差Δｖ_ｏとの差分に出力電圧ｖ_ｏの周回差Δｖ_ｏを乗算した値（＝Δｖ_ｏ（Δｖ_ｉｎ−Δｖ_ｏ））が正である場合には自機が故障しており、それ以外の場合には自己以外が故障しているか負荷変動によるものと判断することができる。図４に示す機能ブロックは、このような原理にもとづくものである。

つぎに、無停電電源装置１０〜６０を並列接続した場合の選択遮断動作について説明する。

無停電電源装置１０〜６０が並列運転している場合に、無停電電源装置１０のインバータ１０ｃが故障し、出力電圧ｖ_ｉ１が大きくなった場合を想定する。その場合、加減算ブロック１０３の出力であるΔｖ_ｉ１が増大し、加減算ブロック１０２の出力であるΔｖ_ｏが多少増大することから（Δｖ_ｏ＜Δｖ_ｉ１となるので）、加減算ブロック１０４の出力である（Δｖ_ｉ１−Δｖ_ｏ）は正の所定の値をとる。この結果、乗算ブロック１０５の出力であるΔｖ_ｏ（Δｖ_ｉ１−Δｖ_ｏ）も正の所定の値をとる（ｐｈ＞０となる）。この結果、ＣＰＵ１１ａは、自機が故障したと判断し、スイッチ１０ｍをオフの状態にする。その結果、無停電電源装置１０から負荷７０への電力の供給が遮断され、他の無停電電源装置２０〜６０は動作状態を継続する。このとき、無停電電源装置２０〜６０は、無停電電源装置１０が負担していた電力を分担して負担することになる。

一方、無停電電源装置２０（または無停電電源装置３０〜６０のいずれか）が故障した場合を想定すると、無停電電源装置１０の加減算ブロック１０３の出力であるΔｖ_ｉ１は変化せず、加減算ブロック１０２の出力Δｖ_ｏが多少増加することから（Δｖ_ｏ＞Δｖ_ｉ１であるので）、加減算ブロック１０４の出力である（Δｖ_ｉ１−Δｖ_ｏ）は負の所定の値をとる。この結果、乗算ブロック１０５の出力であるΔｖ_ｏ（Δｖ_ｉ１−Δｖ_ｏ）も負の所定の値をとる（ｐｈ＜０となる）。この結果、ＣＰＵ１１ａは、他機が故障したと判断し、スイッチ１０ｍをオンの状態に保つ。このとき、無停電電源装置２０は、前述の場合と同様に自機が故障したと判断してスイッチ２０ｍ（不図示）をオフの状態にする。その結果、無停電電源装置２０から負荷７０への電力の供給が遮断されることになる。このとき、無停電電源装置１０，３０〜６０は、無停電電源装置２０が負担していた電力を分担して負担することになる。

図５〜８は、２台の無停電電源装置１０，２０を並列運転した場合に、無停電電源装置１０が故障したときの動作をシミュレーションした結果を示す図である。

まず、図５および図６は、負荷７０が非線形負荷（整流器負荷）の場合のシミュレーション結果を示す図であり、図５は、無停電電源装置１０，２０の出力電流を示し、図６は、出力電圧を示す図である。この例では、０．１０５［ｓｅｃ］の手前で無停電電源装置１０が故障しており、図５（Ａ）に示すように、無停電電源装置１０では、その直後にマイナス方向の電流が流れた後に、選択遮断されて電流が流れない状態となる。図５（Ｂ）に示すように、無停電電源装置２０では、０．１０５［ｓｅｃ］の手前からプラス方向の電流が流れ、それ以降はそれまでと同様に周期的な電流が流れる。なお、無停電電源装置２０は、無停電電源装置１０が選択遮断された後は、その分だけ電流の負担が増加するので、電流値が増加している。図６は、出力電圧ｖ_ｏの変化を示す図である。この図に示すように出力電圧ｖ_ｏは、故障が発生した直後は電圧値に乱れが生じるが、それ以降はそれまでと同じ電圧となっている。

つぎに、図７および図８は、負荷７０が線形負荷（抵抗負荷）の場合のシミュレーション結果を示す図であり、図７は、無停電電源装置１０，２０の出力電流を示し、図８は、出力電圧を示す図である。この例でも、０．１０５［ｓｅｃ］の手前で無停電電源装置１０が故障しており、図７（Ａ）に示すように、無停電電源装置１０では、その直後にマイナス方向の電流が流れた後に、選択遮断されて電流が流れない状態となる。図７（Ｂ）に示すように、無停電電源装置２０では、０．１０５［ｓｅｃ］の手前からプラス方向の電流が流れ、それ以降はそれまでと同様に周期的な電流が流れる。なお、無停電電源装置２０は、無停電電源装置１０が選択遮断された後は、その分だけ電流の負担が増加するので、電流値が増加している。図８は、出力電圧ｖ_ｏの変化を示す図である。この図に示すように出力電圧ｖ_ｏは、故障が発生した直後は電圧値に乱れが生じているが、それ以降はそれまでと同じ電圧となっている。

図９は、投入角と検出時間と負荷変動に対する動作の良否を確認するためのシミュレーション結果を示す図である。図９（Ａ）は、負荷７０が非線形負荷（整流器負荷）である場合に対するシミュレーション結果を示している。ここで、投入角は、出力電圧ｖ_ｏに対する負荷変動（故障）を発生させるタイミングを示している。この例では、投入角を０〜２７０度の間で変更している。検出時間は、負荷変動を発生してから検出されるまでの時間を示している。また、負荷変動状況は、負荷を０％→１００％に変動した場合および負荷を１００％→０％に変動した場合のそれぞれの投入角における動作の良否（誤動作の有無）を示している。図９（Ａ）に示すように非線形負荷の場合には、負荷の変動および投入角に拘わらず誤動作なしに正常に動作している。

一方、図９（Ｂ）は、負荷７０が線形負荷（抵抗負荷）である場合に対する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、線形負荷の場合も同様に、負荷の変動および投入角に拘わらず誤動作なしに正常に動作している。

以上に説明したように、本発明の実施の形態に係る無停電電源システムでは、インバータの出力電圧の周回差Δｖ_ｉと、出力電圧の周回差Δｖ_ｏとを用いて自機が故障しているか否かを判定するようにしたので、他機との間で情報交換をすることなく、故障の有無を判断することが可能になるので、自機に故障が発生した場合には迅速に遮断することが可能になる。また、他機と通信する必要がなくなるので、通信用の回路を設ける必要がなくなり、信頼性を高めることが可能になる。

また、本発明の実施の形態に係る無停電電源システムでは、電圧のみを参照して自機の故障を判断するようにしたので、カレントトランスを使用する必要がなくなるため、ノイズに対する耐性を高めることが可能になる。

なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な例であるが、本発明は、これらに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。

図１０は、図４に示す機能ブロックの他の構成例を示す図である。この例では、乗算ブロック１０５の後段に、比較ブロック１１０と閾値発生ブロック１１１が新たに追加されている。それ以外の構成は、図４の場合と同様である。ここで、比較手段としての比較ブロック１１０は、閾値発生ブロック１１１が発生する閾値と、乗算ブロック１０５からの出力を比較し、乗算ブロック１０５の出力が正の値であって、かつ、閾値発生ブロック１１１が発生する閾値以上である場合には、自機が故障している旨を示す遮断信号を発生する。なお、閾値発生ブロック１１１が発生する閾値としては、例えば、“２５”程度の値を用いる。

このような実施の形態によれば、閾値を適切に設定することにより、誤動作を防止することが可能になる。

図１１は、図４に示す機能ブロックのさらに他の実施の形態を示す図である。この例では、ローパスフィルタ（LPF:Low Pass Filter）ブロック１２０が乗算ブロック１０５の後段に新たに追加されている。それ以外の構成は図４の場合と同様である。ここで、低域通過フィルタとしてのローパスフィルタブロック１２０は、以下の伝達関数を有し、乗算ブロック１０５の出力を平滑化して出力する。

図１２は、伝達関数に含まれる遮断角周波数ω_ｆの設定値と、検出時間との関係を示す図である。この図に示すように、ω_ｆの設定値が大きくなるほど検出時間が短くなるが、ω_ｆ＝８０００の場合には誤動作を生じているので、この例では、ω_ｆ＜８０００に設定することが望ましい。

このような実施の形態によれば、ローパスフィルタブロック１２０の伝達関数を設定することにより、故障が生じてから検出されるまでの時間を設定することが可能になるので、伝達関数を個々の装置に応じて設定することにより、誤動作を防止することが可能になる。

なお、以上の実施の形態では、６台の無停電電源装置１０〜６０によって無停電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無停電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、以上の実施の形態では、図４に示す機能ブロックをソフトウエア的に実現するようにしたが、ハードウエア的に実現することも可能である。

また、以上の実施の形態では、遅延ブロック１００，１０１では、１周期分遅延するようにしたが、２周期分以上遅延するようにしたり、半周期分遅延して反転して使用するようにしてもよい。

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無停電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に示す制御回路の詳細な構成例を示す図である。 図３に示すＲＯＭに格納されている制御用プログラムを実行することにより実現される機能ブロックの例を示す図である。 ２台の無停電電源装置に対して非線形負荷を接続して並列運転時に故障が発生した場合の出力電流を示す図であり、（Ａ）は故障が発生した側の無停電電源装置の出力電流を示す図であり、（Ｂ）は故障が発生していない側の無停電電源装置の出力電流を示す図である。 ２台の無停電電源装置に対して非線形負荷を接続して並列運転時に故障が発生した場合の出力電圧を示す図である。 ２台の無停電電源装置に対して線形負荷を接続して並列運転時に故障が発生した場合の出力電流を示す図であり、（Ａ）は故障が発生した側の無停電電源装置の出力電流を示す図であり、（Ｂ）は故障が発生していない側の無停電電源装置の出力電流を示す図である。 ２台の無停電電源装置に対して線形負荷を接続して並列運転時に故障が発生した場合の出力電圧を示す図である。 ２台の無停電電源装置を並列運転時に故障が発生した場合の投入角と検出時間およびそれぞれの投入角における動作の良否を示すシミュレーション結果であり、（Ａ）は非線形負荷の場合のシミュレーション結果であり、（Ｂ）は線形負荷の場合のシミュレーション結果である。 図４に示す機能ブロックの他の構成例を示す図である。 図４に示す機能ブロックのさらに他の構成例を示す図である。 図１１に示すローパスフィルタのω_ｆの設定値と検出時間との関係を示す図である。

符号の説明

１０〜６０ 無停電電源装置
１０ｅ 制御回路（判定手段）
１０ｇ ローパスフィルタ（第２の検出手段の一部）
１０ｈ Ａ／Ｄ変換器（第２の検出手段の一部）
１０ｉ ローパスフィルタ（第１の検出手段の一部）
１０ｊ Ａ／Ｄ変換器（第１の検出手段の一部）
１０ｍ スイッチ（遮断手段）
１００ 遅延ブロック（第１の遅延手段）
１０１ 遅延ブロック（第２の遅延手段）
１１０ 比較ブロック（比較手段）
１２０ ローパスフィルタ（低域通過フィルタ）

Claims (8)

1. 本装置およびこれと並列に接続される他の無停電電源装置から負荷機器への出力電圧Ｖ_ｏを検出する第１の検出手段と、
   本装置の出力電圧Ｖ_ｉを検出する第２の検出手段と、
   上記第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏを所定量だけ遅延させる第１の遅延手段と、
   上記第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉを所定量だけ遅延させる第２の遅延手段と、
   上記第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏと、上記第１の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｏｄと、上記第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉと、上記第２の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｉｄと、の間で所定の演算を施すことにより本装置が故障しているか否かを判定する判定手段と、
   を有する無停電電源装置。
2. 前記第１の遅延手段は、前記第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏを１周期分遅延してＶ_ｏｄとして出力し、
   前記第２の遅延手段は、前記第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉを１周期分遅延してＶ_ｉｄとして出力し、
   前記判定手段は、Ｖ_ｉからＶ_ｉｄを減算した値ΔＶ_ｉと、Ｖ_ｏからＶ_ｏｄを減算した値ΔＶ_ｏとを求め、ΔＶ_ｉからΔＶ_ｏを減算した値にΔＶ_ｏを乗算した値が正の値をとる場合には、本装置が故障していると判定し、負の値をとる場合には本装置は正常であると判定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. 前記判定手段の演算結果から低域周波数成分のみを抽出するための低域通過フィルタをさらに有することを特徴とする請求項２記載の無停電電源装置。
4. 前記演算結果を所定の閾値と比較する比較手段をさらに有し、
   前記判定手段は、前記比較手段の比較結果に応じて、本装置が正常または異常であることを判定することを特徴とする請求項２記載の無停電電源装置。
5. 前記判定手段によって本装置が故障していると判断された場合には、本装置と前記負荷との接続を遮断する遮断手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
6. 本装置およびこれと並列に接続される他の無停電電源装置から負荷機器への出力電圧Ｖ_ｏを検出し、
   本装置の出力電圧Ｖ_ｉを検出し、
   上記第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏを所定量だけ遅延させてＶ_ｏｄとし、
   上記第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉを所定量だけ遅延させてＶ_ｏｉとし、
   検出された出力電圧Ｖ_ｏと、所定量だけ遅延された出力電圧Ｖ_ｏｄと、検出された出力電圧Ｖ_ｉと、所定量だけ遅延された出力電圧Ｖ_ｉｄと、の間で所定の演算を施すことにより本装置が故障しているか否かを判定する、
   ことを特徴とする無停電電源装置の制御方法。
7. 複数の無停電電源装置が負荷に対して並列に接続された無停電電源システムにおいて、
   各無停電電源装置は、
   本装置およびこれと並列に接続される他の無停電電源装置から負荷機器への出力電圧Ｖ_ｏを検出する第１の検出手段と、
   本装置の出力電圧Ｖ_ｉを検出する第２の検出手段と、
   上記第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏを所定量だけ遅延させる第１の遅延手段と、
   上記第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉを所定量だけ遅延させる第２の遅延手段と、
   上記第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏと、上記第１の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｏｄと、上記第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉと、上記第２の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｉｄと、の間で所定の演算を施すことにより本装置が故障しているか否かを判定する判定手段と、を有する、
   ことを特徴とする無停電電源システム。
8. 本装置およびこれと並列に接続される他の無停電電源装置から負荷機器への出力電圧Ｖ_ｏを検出する第１の検出手段、
   本装置の出力電圧Ｖ_ｉを検出する第２の検出手段、
   上記第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏを所定量だけ遅延させる第１の遅延手段、
   上記第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉを所定量だけ遅延させる第２の遅延手段、
   上記第１の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｏと、上記第１の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｏｄと、上記第２の検出手段によって検出された出力電圧Ｖ_ｉと、上記第２の遅延手段からの出力電圧Ｖ_ｉｄと、の間で所定の演算を施すことにより本装置が故障しているか否かを判定する判定手段、
   としてコンピュータを機能させることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な無停電電源装置用プログラム。

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