JP2011050228A - 無停電電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】コンバータ，チョッパ，インバータからなる電力変換ユニットを３組以上用いた構成の無停電電源システムの運転の効率化。
【解決手段】無停電電源システム１は、コンバータ，チョッパ，インバータからなる電力変換ユニット１〜４を用い、電力変換ユニット１〜４を構成するインバータそれぞれの交流出力端にはフィルタリアクトル２４〜２７それぞれの一端を接続し、これらの他端を互いに接続し、この接続点にフィルタコンデンサ２８を接続するとともに、該接続点からコンタクタ２９を介して負荷に電力を供給するように構成したことで、振動現象の発生を抑制している。さらに、この無停電電源システムにおいては、負荷に流れる電流およびコンバータへの入力交流電源の状態に基づいて、コンバータ，チョッパ，インバータそれぞれの動作状態を変更できるようにしたことで、このシステム全体の運転効率の改善を計っている。
【選択図】図１

Description

この発明は、コンバータ，チョッパ，インバータからなる電力変換ユニットを３組以上用いた構成の無停電電源システムに関り、特に、この無停電電源システム全体の運転効率の改善に関する。

図１７は、下記特許文献１に記載の回路構成を含む、この種の無停電電源システムの従来例を示す回路構成図である。

この無停電電源システムにおける無停電電源１００において、１０１はコンタクタ、１０２は交流リアクトル、１０３はコンデンサ、１０４は交流リアクトル、１０５はコンバータ，チョッパ，インバータからなる電力変換ユニット１を示し、さらに、１０６はフィルタリアクトル、１０７はフィルタコンデンサ、１０８はコンタクタ、１０９は直流リアクトリ、１１０はコンタクタである。

この無停電電源１００において、交流リアクトル１０２とコンデンサ１０３とで図示の交流入力の対するフィルタの機能をし、また、交流リアクトル１０４は図示のようにＩＧＢＴ(絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ)とダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなる前記コンバータの入力リアクトルの機能をし、この交流リアクトル１０４を介した前記コンバータにより、前記交流入力から見た力率をほぼ「１．０」に調整しつつ、所望の直流電圧を出力することができる。

また、前記コンバータが出力した直流電圧は、図示のＩＧＢＴとダイオードとの逆並列回路をブリッジ接続してなる前記インバータにより所望の周波数・振幅の交流定電圧に変換され、この交流定電圧に含まれた高調波はフィルタリアクトル１０６およびフィルタコンデンサ１０７により除去される。

さらに、図示のＩＧＢＴとダイオードとの逆並列回路からなる前記チョッパおよび直流リアクトリ１０９により電流可逆チョッパの機能をし、この電流可逆チョッパは前記入力交流電圧が健全なときには、前記コンバータが出力する直流電圧を降圧しつつ、蓄電池設備１０を充電状態にする。さらに、前記電流可逆チョッパは前記入力交流電圧が停電状態になったことが検知されると、前記コンバータの動作を停止させるとともに、蓄電池設備１０の電圧を前記コンバータの動作中の直流電圧まで昇圧しつつ、この昇圧した直流電圧により、前記インバータの動作を継続させる。

なお、図１７に示す無停電電源システムにおける無停電電源２００，３００，４００も無停電電源１００と同一仕様の構成要素を用い、同様の変換動作を行っている。

図１７に示した従来の無停電電源システムでは、図示の出力から給電される負荷への電流を電流検出器１１により検出し、この検出した値が入力された台数選択装置１２では、予め定めた操作シーケンスにより、コンタクタ１０８，２０８，３０８，４０８それぞれの投入，遮断が行われ、この無停電電源システムの運転効率の改善が計られていた。

特開平２−３０３３２７号公報

図１７に示した従来の無停電電源システムにおいて、前記負荷の電流が急増し、コンタクタ１０８，２０８，３０８，４０８のうち、遮断しているコンタクタの何れかを投入する状態になったときに、このコンタクタの投入完了までの時間の間に、すでに給電中の前記インバータに過電流などの不具合が生ずる恐れがあった。

この不具合を解消するために、上記特許文献１には、図１７に示した台数選択装置１２の出力により電力変換ユニット１〜４それぞれの運転，停止を行わせることが開示されているが、停止側の前記フィルタリアクトルおよびフィルタコンダンサと運転側の前記フィルタリアクトルおよびフィルタコンダンサとにより振動現象が発生し、この振動現象により無停電電源システムの出力電圧に擾乱を与える恐れがあった。

この発明の目的は、上記問題点を解消しつつ、全体の運転効率の改善が計れる無停電電源システムを提供することにある。

前記課題を解決するために、この発明によれば、コンバータ，チョッパ，インバータからなる電力変換ユニットを３組以上用い、前記それぞれのコンバータの直流出力端と、前記それぞれのチョッパの一端と、前記それぞれのインバータの直流入力端とを互いに接続し、 前記チョッパの他端にはそれぞれ直流リアクトルの一端を接続し、該直流リアクトルそれぞれの他端を互いに接続するとともに、この接続点に蓄電池設備を接続し、
前記インバータの交流出力端にはそれぞれフィルタリアクトルの一端を接続し、該フィルタリアクトルそれぞれの他端を互いに接続し、この接続点にフィルタコンデンサを接続するとともに、該接続点から負荷に給電する無停電電源システムとすることにより、先述の振動現象の発生を抑制しつつ、このシステム全体の運転効率の改善を計れるようにしている。

より具体的にいえば、この発明によれば、上述の構成の無停電電源システムにおいて、前記負荷に流れる電流および前記コンバータへの入力交流電源の状態に基づいて、前記コンバータ，チョッパ，インバータそれぞれの動作状態を変更できるようにしたことを特徴とする（請求項１記載の発明）。

また、この発明によれば、請求項１記載の無停電電源システムにおいて、前記コンバータの入力交流電源の電圧が正常なときには、前記それぞれのチョッパのうちの何れか１台のみを運転状態にして、前記蓄電池設備を充電状態にし、前記コンバータへの入力交流電源の停電が検知されたときには、前記コンバータの全てを停止状態にするとともに、前記チョッパの全てを運転状態にするようにしたことを特徴とする（請求項２記載の発明）。

また、この発明によれば、請求項１記載の無停電電源システムにおいて、前記負荷に流れる電流が増大又は減少するのに伴って、前記それぞれのインバータの運転台数を増減させる際に、前記負荷に流れる電流が予め設定し互いにその値が異なる複数のレベル値のいずれかの領域にあるかを判定し、この判定した領域に基づいて、前記インバータそれぞれを運転状態にするか又は停止状態にするかを決定するようにしたことを特徴とする（請求項３記載の発明）。

さらに、この発明によれば、請求項３記載の無停電電源システムにおいて、前記負荷に流れる電流が急激に増大したときには、このときの変化率に伴って、前記インバータの運転台数を新たに設定するようにしたことを特徴とする（請求項４記載の発明）。

また、この発明によれば、請求項３記載の無停電電源システムにおいて、前記負荷に流れる電流が減少するに伴って、前記インバータの運転台数を減少させる際に、前記インバータのうち、運転状態から停止状態に変化させるインバータの出力電流は、該インバータの直前の出力電流から予め定めた勾配で減少させ、該出力電流がほぼ零になった時点で前記インバータを停止状態にするようにしたことを特徴とする（請求項５記載の発明）。

また、この発明によれば、請求項３〜請求項５の何れかに記載の無停電電源システムにおいて、前記インバータの運転台数に１台加算した台数により、前記コンバータの運転台数を設定するようにしたことを特徴とする（請求項６記載の発明）。

この発明によれば、前記インバータの出力に設置されるフィルタ回路構成を、従来とは異なる回路構成にしたことで、先述の振動現象の発生を抑制している。さらに、この無停電電源システムにおいては、前記負荷に流れる電流および前記コンバータへの入力交流電源の状態に基づいて、前記コンバータ，チョッパ，インバータそれぞれの動作状態を変更できるようにしたことで、このシステム全体の運転効率の改善を計りつつ、該無停電電源システムの出力電圧の過渡的変動も抑制することができる。

この発明の第１の実施例を示す無停電電源システムの回路構成図 図１に示した主回路の詳細回路構成図 図２に示した主回路に対応した制御装置の回路構成図 図１〜３の構成による動作説明図 図３に示したシステム制御装置の部分詳細回路構成図 図５の動作を説明する特性図 図５の動作を説明する特性図 図５の動作を説明する特性図 図３に示したシステム制御装置の部分詳細回路構成図 図３に示したコンバータ制御装置の詳細回路構成図 図３に示したチョッパ制御装置の詳細回路構成図 図３に示したインバータ制御装置の詳細回路構成図 図１２に示したインバータ制御装置の部分詳細回路構成図 図１に示した無停電電源システムの特性図 この発明の第２の実施例を示す無停電電源システムの回路構成図 この発明の第３の実施例を示す無停電電源システムの回路構成図 従来例を示す無停電電源システムの回路構成図

図１は、この発明の第１の実施の形態を示す無停電電源システムの回路構成図であり、以下に説明する図２，３に示す回路構成を総括した回路構成を示している。

この無停電電源システム１の特徴は、互いに同一仕様で製作されたコンバータ，チョッパ，インバータからなる先述の電力変換ユニット１〜４を用い、電力変換ユニット１〜４を構成するインバータそれぞれの交流出力端にはフィルタリアクトル２４〜２７それぞれの一端を接続し、これらのフィルタリアクトル２４〜２７の他端を互いに接続し、この接続点にフィルタコンデンサ２８を接続するとともに、該接続点からコンタクタ２９を介して負荷に電力を供給するように構成し、さらに、サイリスタスイッチ３２とコンタクタ３３とからなるバイパス回路を設けられていることである。

図２は、図１に示した無停電電源システム１の主回路の詳細回路構成図であり、図１７に示した従来例構成と同一機能を有するものには、同一符号を付している。

すなわち、この主回路２０では、交流入力はコンタクタ２１と、交流リアクトル２２とコンデンサ２３とからなる入力フィルタとを介して、交流リアクトル１０４，２０４，３０４，４０４それぞれの一端に接続されている。また、電力変換ユニット１〜４それぞれのコンバータの直流出力側、すなわち、中間直流側は互いに接続され、各電力変換ユニット１〜４のチョッパを介して直流リアクトル１０９，２０９，３０９，４０９の一端がそれぞれ接続されている。直流リアクトル１０９，２０９，３０９，４０９の他端は互いに接続され、この接続点にコンデンサ３０を接続するとともに、コンタクタ３１を介して蓄電池設備１０に接続している。さらに、電力変換ユニット１〜４それぞれのインバータの交流出力側にはフィルタリアクトル２４〜２７それぞれの一端が接続され、これらのフィルタリアクトルの他端は互いに接続され、この接続点にフィルタコンデンサ２８を接続するとともに、該接続点からコンタクタ２９を介して負荷に電力を供給する無停電電源システムとすることにより、電力変換ユニット１〜４それぞれのインバータを運転，停止させる際に、従来のフィルタリアクトルとフィルタコンデンサの個別設置の回路構成に起因して発生する恐れがあった振動現象を抑制している。

図３は、図２に示した無停電電源システム１の主回路２０の対応する制御装置としてのシステム制御装置４０，コンバータ制御装置６６，チョッパ制御装置６７，インバータ制御装置６８およびその検出器を含めた詳細回路構成図である。

この図において、８６は交流入力の電圧Ｖｉを検出する電圧検出器、８７は電力変換ユニット１のコンバータの入力電流Ｉｉ１を検出する電流検出器、８８は電力変換ユニット４のコンバータの入力電流Ｉｉ４を検出する電流検出器、８９は電力変換ユニット１のコンバータの直流出力電圧、すなわち、中間直流電圧Ｖｄ１を検出する電圧検出器、９０は電力変換ユニット１のインバータの出力電流Ｉｏ１を検出する電流検出器、９１は電力変換ユニット４のインバータの出力電流Ｉｏ４を検出する電流検出器、９２は電力変換ユニット１のチョッパとの蓄電池設備１０との間の直流電流Ｉｄ１を検出する電流検出器、９３は電力変換ユニット４のチョッパとの蓄電池設備１０との間の直流電流Ｉｄ４を検出する電流検出器、９５は蓄電池設備１０の端子電圧Ｖｄ３を検出する電圧検出器、９６はこの無停電電源システムの出力電圧Ｖｏを検出する電圧検出器、９７はこの無停電電源システムから負荷への電流ＩＬを検出する電流検出器である。

なお、図3ではその記載を省略したが、電力変換ユニット２のコンバータの入力電流Ｉｉ２，該ユニット２のインバータの出力電流Ｉｏ２，該ユニット２のチョッパとの蓄電池設備１０との間の直流電流Ｉｄ２および電力変換ユニット３のコンバータの入力電流Ｉｉ３，該ユニット３のインバータの出力電流Ｉｏ３，該ユニット３のチョッパとの蓄電池設備１０との間の直流電流Ｉｄ３それぞれ検出するために電流検出器が備えられている。

図４は、図３に示した回路構成を用いて行うこの発明の無停電電源システムの基本動作を説明するための運転モード図である。また、図５は図4に示した動作などを行うためのシステム制御装置４０の部分詳細回路構成図である。

図４において、先ず、起動時には「交流運転モード１」として、交流入力が健全であることが電圧検出器８６と図５に示す停電検出器４３とを介し、図５では図示しないシーケンス回路により確認されると、該シーケンス回路からの指令により、コンタクタ２１が投入され、その後、図５に示す運転指令演算器４５からの指令により、電力変換ユニット１〜４のうちの予め定めたコンバータ２台が起動して中間直流電圧が確立する。その後、電力変換ユニット１〜４のうちの予め定めたチョッパ１台が起動して電圧検出器９４の検出値Ｖｄ２が所定の値まで上昇すると、前記シーケンス回路によりコンタクタ３１が投入され、蓄電池設備１０は充電（浮動充電）状態に入る。

一方、電力変換ユニット１〜４のうちの予め定めたインバータ１台は、図５に示す運転指令演算器４５からの指令により、前記中間直流電圧が確立すると起動し、電圧検出器９６の検出値Ｖｏが所定の値まで上昇すると、前記シーケンス回路によりコンタクタ２９が投入され、負荷への給電動作を開始する。

その後、負荷への給電電流、すなわち、この無停電電源システムの出力電流Ｉｏが増大又は減少すると、これを図５に示すレベル演算器４１が検知し、このレベル演算器４１と運転指令演算器４５とで、図６の示す特性図のように、負荷率（＝前記Ｉｏ／定格出力電流）の増減に基づいて、電力変換ユニット１〜４を構成するインバータの運転台数を「交流運転モード１」〜「交流運転モード４」として設定している。なお、この実施の形態では、例えば、負荷率が２０％未満の場合は交流運転モード１とし、負荷率が２０％以上４０％未満の場合は交流運転モード２とし、負荷率が４０％以上６０％未満の場合は交流運転モード３とし、負荷率が６０％以上の場合は交流運転モード４と設定している。

このとき、図６からも明らかなように、モードの切換点近辺における動作を安定に行わせるためにヒステリシス特性を持たせている。

次に、「交流運転モード１」〜「交流運転モード４」のいずれのモードでこの無停電電源システムが運転中に、何らかの要因で交流入力が喪失すると、電圧検出器８６と図５に示す停電検出器４３とを介し、図５では図示しないシーケンス回路により確認されると、該シーケンス回路からの指令により、コンタクタ２１が遮断される。さらに、停電検出器４３と運転指令演算器４５とで、「直流運転モード(停電モード)１〜４」に入り、電力変換ユニット１〜４を構成するコンバータのうち運転中のコンバータを停止させるとともに、電力変換ユニット１〜４を構成する全てのチョッパを運転状態にし、蓄電池設備１０の端子電圧を前記中間直流電圧まで昇圧させつつ、図６の示す特性図のように、負荷率の増減に基づいて、電力変換ユニット１〜４を構成するインバータの運転台数を「直流運転モード１」〜「直流運転モード４」として設定している。なお、この実施の形態では、例えば、負荷率が２０％未満の場合は直流運転モード１とし、負荷率が２０％以上４０％未満の場合は直流運転モード２とし、負荷率が４０％以上６０％未満の場合は直流運転モード３とし、負荷率が６０％以上の場合は直流運転モード４と設定している。

なお、「交流運転モード１〜３」において、コンバータの運転台数をインバータの運転台数プラス１台としているのは、特に、インバータの運転台数の増大変化に伴うこの無停電電源システムの出力電圧の変動をより小さくしつつ、このシステム全体の運転効率の改善を計るためであり、同様に、「直流運転モード１〜４」において、チョッパの運転台数を４台としているのは、特に、インバータの運転台数の増大変化に伴うこの無停電電源システムの出力電圧の変動をより小さくするためである。また、「交流運転モード１〜４」において、チョッパの運転台数を１台としているのは、チョッパ１台で蓄電池設備１０の浮動充電電流を十分に賄えることと、このシステム全体の運転効率の改善を計るためである。

図５に示したシステム制御装置４０の変化率演算器４２は、この無停電電源システムの負荷電流、すなわち、出力電流ＩＬの急増に起因して、該無停電電源システムの出力電圧Ｖｏの急減することを回避するために設置され、図７に示すように、規定時間（６０マイクロ秒程度）での予め図示のように定めた負荷電流の変化特性Ａ〜Ｃに基づいて、前記無停電電源システムの負荷電流の領域を判定し、電力変換ユニット１〜４を構成するインバータの運転台数を変化率演算器４２と運転指令演算器４５とで決定するようにしている。

その結果、図８に示すように、負荷電流が零から負荷率１５％程度の対応する電流ΔＩに達したことと、図７に示した領域とにより、負荷変化１の場合には、時刻ｔ１まではインバータ1台運転、時刻ｔ１〜ｔ２まではインバータ２台運転、時刻ｔ２以降はインバータ４台運転するようにして、図６に示した緩やかな変化のときより、運転台数を増加させて、出力電流ＩＬの急増に起因する無停電電源システムの出力電圧Ｖｏの急減をより小さくしている。同様に、負荷変化２の場合には、時刻ｔ３まではインバータ1台運転、時刻ｔ３以降はインバータ３台運転するようにして、図６に示した緩やかな変化のときより、インバータの運転台数を増加させて、出力電流ＩＬの急増に起因する無停電電源システムの出力電圧Ｖｏの急減をより小さくしている。

さらに、上述のように短い規定時間での負荷電流の時間変化率を監視することにより、負荷電流の１サイクル内での急増や、負荷が整流負荷のときの電流変化にも、この無停電電源システムの出力電圧Ｖｏの急減を回避するようにしている。

なお、図３に示した電圧検出器９５と図５に示した放電終止検出器４４とにより、蓄電池設備１０の端子電圧Ｖｄ３を常時監視し、蓄電池設備１０が放電終止電圧以下に低下したときには、この無停電電源システムの運転を停止させる。

図９は、図３に示した無停電電源システムの電圧制御動作を行うためのシステム制御装置４０の部分詳細回路構成図である。

先ず、電力変換ユニット１〜４のコンバータそれぞれへの電圧制御として、前記中間直流電圧の設定値としての直流電圧設定値と電圧検出器８９で検出された検出値Ｖｄ１との偏差を加算演算器４６で求め、この偏差を零にする調節演算を電圧調節器４７で行い、また、電圧検出器８６からの交流入力の検出値Ｖｉから該交流入力の相電圧に同期した各相電圧の基準正弦波を基準正弦波生成器４８で求め、この基準正弦波と電圧調節器４７で得られた演算値との乗算演算を乗算演算器４９〜５２で行い、これらの乗算演算値をコンバータ制御装置６６への電流指令値として送出している。なお、図９では、図面を簡略化するために、乗算演算器４９〜５２は、前記交流入力の１相分のみを記載している。

次に、電力変換ユニット１〜４のチョッパそれぞれへの電圧制御として、先述の「交流運転モード１〜４」では、運転指令演算器４５からのチョッパ切換指令により、切換スイッチ５５は電圧調節器５４側に閉路し、蓄電池設備１０への浮動電圧設定値と電圧検出器９４の検出値Ｖｄ２との偏差を加算演算器５３で求め、この偏差を零にする調節演算を電圧調節器５４で行い、この演算値をチョッパ制御装置６７へ送出している。一方、先述の「直流運転モード１〜４」では、運転指令演算器４５からのチョッパ切換指令により、切換スイッチ５５は電圧調節器４７側に閉路し、上述の電圧調節器４７で得られた演算値は切換スイッチ５５を介してチョッパ制御装置６７への電流指令値として送出している。

また、電力変換ユニット１〜４のインバータそれぞれへの電圧制御として、図９の回路構成では、この無停電電源システムの出力電圧に基づく「電圧補正」分を導出している。

すなわち、この無停電電源システムの出力電圧としての出力電圧平均値と、電圧検出器９６と平均値演算器５７とで得られるＶｏの平均値との偏差を加算演算器５６で求め、この偏差を零にする調節演算を電圧調節器５８で行っている。

また、出力電圧波形発生器６０では、この無停電電源システムの出力電圧波形の各相の基準位相波形（正弦波）を生成し、この基準位相波形と電圧調節器５８で得られた演算値とを乗算演算器５９で乗算している。

さらに、前記基準位相波形と電圧検出器９６で得られたＶｏと偏差（瞬時値）を加算演算器６１で求め、また、電流検出器９７で得られた検出値から負荷電流の変動補償値(負荷電流の微分値)を負荷電流変動補償値演算器６２で求め、乗算演算器５９の乗算演算値と、加算演算器６１の加算演算値と、負荷電流変動補償値演算器６２の演算値とを加算演算器６３，６４を介することにより、加算演算器６４では「電圧補正」分を得て、インバータ制御装置６８への「電圧補正」として送出している。なお、図９では、図面を簡略化するために、乗算演算器５９と加算演算器６１，６３，６４と負荷電流変動補償値演算器６２とは、前記出力電圧の１相分のみを記載している。

図１０は、図５と図９に示したシステム制御装置４０からの指令に基づき電力変換ユニット１〜４のコンバータを動作させるコンバータ制御装置６６の詳細回路構成図である。

この図において、システム制御装置４０からの電流指令値（交流量）と各コンバータの電流検出値Ｉｉ１，Ｉｉ２，Ｉｉ３，Ｉｉ４との偏差を加算演算器６６ａ〜６６ｄによりそれぞれ求め、これらの偏差をそれぞれ零にする調節演算を電流調節器６６ｅ〜６６ｈで行い、それぞれの調節演算値はＰＷＭ（パルス幅変調）演算器６６ｊ〜６６ｎで行い、システム制御装置４０からの運転指令に基づき、アンド回路６６ｐ〜６６ｓでは、動作させるコンバータのみに駆動信号を送出するようにしている。その結果、交流入力から見た力率をほぼ「１．０」にした効率的な運転を選択されたコンバータが行うことができる。

図１１は、図５と図９に示したシステム制御装置４０からの指令に基づき電力変換ユニット１〜４のチョッパを動作させるチョッパ制御装置６７の詳細回路構成図である。

この図において、システム制御装置４０からの電流指令値（直流量）と各チョッパの電流検出値Ｉｄ１，Ｉｄ２，Ｉｄ３，Ｉｄ４との偏差を加算演算器６７ａ〜６７ｄによりそれぞれ求め、これらの偏差をそれぞれ零にする調節演算を電流調節器６７ｅ〜６７ｈで行い、それぞれの調節演算値はＰＷＭ演算器６７ｊ〜６７ｎで行い、システム制御装置４０からの運転指令に基づき、アンド回路６７ｐ〜６７ｓでは、動作させるチョッパのみに駆動信号を送出するようにしている。

図１２は、図５と図９に示したシステム制御装置４０からの指令に基づき電力変換ユニット１〜４のインバータを動作させるインバータ制御装置６８の詳細回路構成図である。また図１３は、図１２に示した電流指令・運転指令演算器６９の詳細回路構成図である。

先ず、図１２において、後述の電流指令・運転指令演算器６９から指令される電力変換ユニット１〜４のインバータへの電流設定値それぞれと電流検出値Ｉｏ１，Ｉｏ２，Ｉｏ３，Ｉｏ４との偏差を加算演算器７０〜７３で求め、これらの偏差にシステム制御装置でえられた「電圧補正」の値を加算演算器７４〜７７で加算し、これらの正弦波状の加算値はＰＷＭ演算器７８〜８１によりＰＷＭパルスに変換される。これらのＰＷＭパルスは後述の関数発生器６９ｇ〜６９ｊからの指令に基づきアンド回路６６ｐ〜６６ｓを介して、各インバータに駆動信号として送出される。

一方、図１３に示した電流指令・運転指令演算器６９では、システム制御装置４０からの各インバータへの運転指令それぞれを受信する関数発生器６９ｇ〜６９ｊでは、関数発生器６９ｇで示すように、運転指令が停止から運転に変わると(図の関数発生器６９ｇ内の下段参照)、設定値が「０」から「１．０」に変化し（図の関数発生器６９ｇ内の中段参照）、アンド回路６６ｐへの論理信号がオフ（０）からオン（１）に変わる（図の関数発生器６９ｇ内の上段参照）。また、運転指令が運転から停止に変わると、前記設定値が「１．０」から「０」に向かって、１秒程度の時間で直線的に下降し（図の関数発生器６９ｇ内の中段参照）、この設定値がほぼ「０」で、アンド回路６６ｐへの論理信号がオン（１）からオフ（０）に変わる（図の関数発生器６９ｇ内の上段参照）。

加算演算器６９ｍでは、関数発生器６９ｇ〜６９ｊそれぞれからの前記設定値を加算演算するので、４台のインバータが全て運転状態であれば、加算演算器６９ｍでの加算値は「４．０」となっており、従って、逆数演算器６９ｎの出力は「１／４．０」となり、加算演算器６９ａで得られた電流検出値Ｉｏ１，Ｉｏ２，Ｉｏ３，Ｉｏ４の合計値の対する平均電流値が乗算演算器６９ｂで得られる。その結果、乗算演算器６９ｃ〜６９ｆそれぞれからは、前記平均電流値が各インバータへの出力電流指令値を出力している。

上述の状態で、４台のインバータが運転中に負荷への電流の減少に基づいて、予め定めた運転シーケンスにより、４台のインバータのうちの何れか１台のインバータに、システム制御装置４０から停止指令が発せられると、対応した関数発生器６９ｇ〜６９ｊの何れかと、乗算演算器６９ｃ〜６９ｆの何れかが動作し、そのインバータへの出力電流指令値が徐々に減少していく。その結果、インバータの運転台数の減少時の出力電圧の変動を抑制することができる。なお、この減少動作中にも、逆数演算器６９ｎと乗算演算器６９ｂにより、負荷への電流の平均電流値に影響を与えないようにしている。

図１４は、図１に示した無停電電源システムにおける負荷率（現在の負荷電流／定格出力電流）に基づく運転効率の特性曲線(実線)と、４台の電力変換ユニットが常時運転している従来の運転効率の特性曲線(破線)とを示している。

この図から明らかなように、この発明の無停電電源システムでは、負荷率が小さい領域で、大幅に運転効率が改善することができている。

図１５は、この発明の第２の実施の形態を示す無停電電源システムの回路構成図であり、無停電電源システム１と同一仕様の無停電電源システム２，３による、いわゆる、待機冗長式の無停電電源システムであり、上述と同様に負荷に流れる電流およびコンバータへの入力交流電源の状態に基づいて、コンバータ，チョッパ，インバータそれぞれの動作状態を変更する。

この構成では、常用中の無停電電源システム２では図１４に示した運転効率特性を有するが、待機中の無停電電源システム２の待機電力分だけ、全体としての運転効率特性は悪化する。

図１６は、この発明の第３の実施の形態を示す無停電電源システムの回路構成図であり、無停電電源システム１と同一仕様の無停電電源システム４〜６と、コンタクタ７〜９とによる、いわゆる、並列冗長式の無停電電源システム（３並列）の例である。

並列冗長システムでは、一般的に無停電電源システムの1台が故障しても給電容量が確保できるように負荷の運用を定めている。このためこの構成では、負荷の定格容量は無停電電源システム２台分で有ることから、通常時の各無停電電源システムの効率は、図１４に示した運転効率特性の負荷率の６０％程度の値が最大値となる。

１〜６…無停電電源システム、７〜９…コンタクタ、１０…蓄電池設備、１１…電流検出器、１２…台数選択装置、２０…主回路、２１…コンタクタ、２２…交流リアクトル、２３…コンダンサ、２４〜２７…フィルタリアクトル、２８…フィルタコンデンサ、２９…コンタクタ、３０…コンデンサ、３１…コンタクタ、３２…サイリスタスイッチ、３３…コンタクタ、４０…システム制御装置、６６…コンバータ制御装置、６７…チョッパ制御装置、６８…インバータ制御装置、８６…電圧検出器、８７，８８…電流検出器、８９…電圧検出器、９０〜９３…電流検出器、９４〜９６…電圧検出器、９７…電流検出器、１００…無停電電源、１０１…コンタクタ、１０２…交流リアクトル、１０３…コンデンサ、１０４…交流リアクトル、１０５…電力変換ユニット１、１０６…フィルタリアクトル、１０７…フィルタコンデンサ、１０８…コンタクタ、２００…無停電電源、２０１…コンタクタ、２０２…交流リアクトル、２０３…コンデンサ、２０４…交流リアクトル、２０５…電力変換ユニット２、２０６…フィルタリアクトル、２０７…フィルタコンデンサ、２０８…コンタクタ、３００…無停電電源、３０１…コンタクタ、３０２…交流リアクトル、３０３…コンデンサ、３０４…交流リアクトル、３０５…電力変換ユニット３、３０６…フィルタリアクトル、３０７…フィルタコンデンサ、３０８…コンタクタ、４００…無停電電源、４０１…コンタクタ、４０２…交流リアクトル、４０３…コンデンサ、４０４…交流リアクトル、４０５…電力変換ユニット４、４０６…フィルタリアクトル、４０７…フィルタコンデンサ、４０８…コンタクタ。

Claims (6)

1. コンバータ，チョッパ，インバータからなる電力変換ユニットを３組以上用い、
   前記それぞれのコンバータの直流出力端と、前記それぞれのチョッパの一端と、前記それぞれのインバータの直流入力端とを互いに接続し、
   前記チョッパの他端にはそれぞれ直流リアクトルの一端を接続し、該直流リアクトルそれぞれの他端を互いに接続するとともに、この接続点に蓄電池設備を接続し、
   前記インバータの交流出力端にはそれぞれフィルタリアクトルの一端を接続し、該フィルタリアクトルそれぞれの他端を互いに接続し、この接続点にフィルタコンデンサを接続するとともに、該接続点から負荷に給電する無停電電源システムにおいて、
   前記負荷に流れる電流および前記コンバータへの入力交流電源の状態に基づいて、前記コンバータ，チョッパ，インバータそれぞれの動作状態を変更できるようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
2. 請求項１に記載の無停電電源システムにおいて、
   前記コンバータの入力交流電源の電圧が正常なときには、前記それぞれのチョッパのうちの何れか１台のみを運転状態にして、前記蓄電池設備を充電状態にし、
   前記コンバータへの入力交流電源の停電が検知されたときには、前記コンバータの全てを停止状態にするとともに、前記チョッパの全てを運転状態にするようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
3. 請求項１に記載の無停電電源システムにおいて、
   前記負荷に流れる電流が増大又は減少するのに伴って、前記それぞれのインバータの運転台数を増減させる際に、
   前記負荷に流れる電流が予め設定し互いにその値が異なる複数のレベル値のいずれかの領域にあるかを判定し、この判定した領域に基づいて、前記インバータそれぞれを運転状態にするか又は停止状態にするかを決定するようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
4. 請求項３に記載の無停電電源システムにおいて、
   前記負荷に流れる電流が増大したときには、
   このときの時間変化率に伴って、前記インバータの運転台数を新たに設定するようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
5. 請求項３に記載の無停電電源システムにおいて、
   前記負荷に流れる電流が減少するに伴って、前記インバータの運転台数を減少させる際に、
   前記インバータのうち、運転状態から停止状態に変化させるインバータの出力電流は、該インバータの直前の出力電流から予め定めた勾配で減少させ、該出力電流がほぼ零になった時点で前記インバータを停止状態にするようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
6. 請求項３乃至請求項５の何れかに記載の無停電電源システムにおいて、
   前記インバータの運転台数に１台加算した台数により、前記コンバータの運転台数を設定するようにしたことを特徴とする無停電電源システム。

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