JP2016220526A - 障害除去機能を備えた無停電電源システムおよび無停電電源システムにおける迂回方法 - Google Patents

Abstract

【課題】障害除去機能を有する無停電電源システムおよび無停電電源システムにおける迂回方法を提供する。【解決手段】第１の三相交流電源１０８、直流電源１１０および第１の交流電源および／または直流電源からの直流電力を受けて、負荷１１８に２線直流電力を送る電力コンバータ１０２を備え、直流出力ライン１１６の１つの極が４線交流電力供給ライン１１２のニュートラル基準に接続される無停電電源システム１００であって、迂回装置１４２および電力コンバータは、直流出力ラインに並列に接続される。迂回装置は、少なくとも１つの切り替えユニットと制御ユニットとを備える。切り替えユニットは、直流出力ラインと本質的に同じ極性を有する交流電源からパルス電力を供給するために、制御ユニットによって制御される。【選択図】図２

Description

技術分野
本発明は障害除去機能を備えた無停電電源システムの技術分野に関する。より具体的には、発明は直流負荷に直流電力を供給するコンバータの分野に関する。さらにより具体的には、発明は直流負荷に直流電力を供給するＵＰＳシステムの障害除去の分野を参照する。

背景技術
少なくとも１つのコンバータもしくは並列した複数のコンバータを備える無停電電源システム（ＵＰＳ）を提供する技術は知られている。コンバータは負荷の要求に合わせて出力電力に電源電力を変換する役割を果たす。それ故、コンバータは典型的には、通常操作時には一次電源に接続し、一次電源に障害が生じた際、二次電源に接続して負荷に電力を供給する。一次および二次電源は任意の種類の電源でよく、それぞれのコンバータに個別に提供されても、コンバータのグループあるいはすべてのコンバータに共通に提供されてもよい。典型的には、一次電源は交流電源であり、二次電源は直流電源である。

典型的なコンバータの設計は、順に一次および二次電源に接続する第１および第２の入力コンバータユニットに接続された直流リンク、および負荷の要求に合わせた出力電力を供給する出力コンバータユニットを備える。

ＵＰＳシステムの設計は、交流送電の簡素化と普及に起因する歴史的な理由により、交流／直流および直流／交流コンバータを備える。にもかかわらず、出力コンバータユニットは負荷の種類によって、直流／交流コンバータまたは直流／直流コンバータでもよい。交流負荷を備えた交流／直流‐直流／交流変換スキームは業界基準ではあるが、典型的な負荷が交流／直流‐直流／交流コンバータを備えるので最適なシステム効率ではないというペナルティに悩まされている。したがって、負荷の入力側における交流／直流変換に先立つコンバータの負荷側における直流／交流変換は必要でなく、単に全体的なシステム効率の損失を生じる。

この理由により、交流／直流‐直流／直流ＵＰＳベースの新しい動作環境が現れ、不要な変換ステップであるコンバータにおける直流から交流への変換ステップおよび負荷における交流から直流への変換ステップを除去し、全体的なシステムの損失を低減する。まだ標準は定まっていない。しかしながら、実用的な代替案は交流ニュートラルまたは交流接地のいずれかである、システム基準と接続される端部、または中間点で基準と接続する同一電圧のスプリット直流のいずれかを備えた、約３８０ＶにおけるＵＰＳシステムの２線直流出力である。欠点は障害除去能力の損失であり、直流電源を伴う非常に高い電源能力を備えたバイパスは非実用的であるためである。

障害除去能力は負荷の動作状態の余裕に言及する。コンバータの負荷側では、最大電流を許容する実践的な半導体装置の能力に起因して電流が制限される。それゆえ、たとえば短絡など負荷の異常な動作状態が、たとえば負荷を保護するヒューズを溶かすことなしでなど、負荷側における保護手段の活用なしでＵＰＳシステムを最大電力で動作させることを可能とする。ＵＰＳシステムの保護手段は負荷側における保護手段の活用に先立って活用されてもよく、これにより負荷は負荷および操作者にとって潜在的に危険な状態のままとなる。

負荷に交流電力を提供する最先端のＵＰＳシステムにおいて、たとえば短絡など異常な動作状態は、電源インピーダンスのみによって制限される、電流中の障害を除去するために交流電源を直接負荷側と接続し、コンバータユニットを迂回する別の電源路に依存する。

発明の開示
本発明の目的は、直流出力を経由した負荷へ２線直流電力を送る無停電電源システムと、システムおよび操作者の安全増進を可能とする、そのような無停電電源システムの迂回を実現する方法を提供することである。とりわけ、本発明の目的は、直流出力を経由して負荷へ２線直流電力を送る無停電電源システムと、障害除去機能を提供するそのような無停電電源システムの迂回を実現する方法を提供することである。

この目的は独立請求項によって達成できる。有利な実施例は従属請求項において与えられる。

とりわけ、本発明は４線交流電力供給ラインを通じて三相交流電力を供給する第１の交流電源、直流電力供給ラインを通じて直流電力を供給する直流電源、および第１の交流電源から交流電力および／または直流電源から直流電力を受けて、直流出力ラインを通じて負荷に２線直流電力を送る電力コンバータを備える無停電電源システムを提供し、直流出力ラインの１極は４線交流電力供給ラインのニュートラル基準に接続され、無停電電源システムは、その出力側から直流出力ラインに電力を通過させるための迂回装置をさらに備え、迂回装置および電力コンバータが直流出力ラインに並列に接続され、迂回装置はその入力側において交流電力を受ける少なくとも１つの切り替えユニットと、制御ユニットを備え、切り替えユニットは、直流出力ラインと本質的に同じ極性を有する交流電源からのパルス電力を供給するために制御ユニットによって制御される。

本発明はまた、４線交流電力供給ラインを通じて三相交流電力を供給する第１の交流電源、直流電力供給ラインを通じて直流電力を供給する直流電源、および第１の交流電源から交流電力および／または直流電源から直流電力を受けて、直流出力ラインを通じて負荷に２線直流電力を送る電力コンバータを備え、直流出力ラインの１つの極が４線交流供給ラインのニュートラル基準に接続される無停電電源システムにおいて迂回を実現するための方法を提供し、方法は迂回装置を提供するステップと、迂回装置および電力コンバータを直流出力ラインに並列に接続するステップを備え、迂回装置は少なくとも１つの切り替えユニットを備え、方法は、障害を検知するステップと、その出力側から直流出力ラインに電力を通過させるために直流出力ラインと本質的に同じ極性を有する入力側から受け取る、交流電源からのパルス電力を供給するために切り替えユニットを制御するステップとを備える。

本発明の基本的な思想は、交流電源からコンバータを通じることなく直接負荷に電力パルスを提供することにある。したがって、コンバータに与えられた電流制限を克服でき、十分な障害除去機能を可能とする。パルス電力はたとえば交流電源からもたらされるように正または負の電圧などの望ましい極性を有する電力パルス由来の電力を基準とする。切り替えユニットは、望ましい方法で負荷の保護メカニズムを操作できるよう電源インピーダンスによってほとんど制限されない負荷における短絡のケースである、負荷への電流供給を可能とする。このようにして、システムおよび操作者のさらなる安全が確保される。コンバータの出力において交流／直流変換をもたらすためと、負荷において直流／交流変換をもたらすために不要なコンバータユニットの使用は、負荷およびＵＰＳシステムを含むシステム全体の性能および／または安全を制限することなく除外されてもよい。たとえば当技術分野で知られている標準的な低コストの保護装置を通じた、負荷側における障害分岐を分離したシステムの信頼性増加が、信頼できて得られる。たとえばＵＰＳシステムの使用のために採用されたり制限された障害電流に採用された、負荷のための特別な保護装置は必要ではない。

迂回装置の活動時間に基づいて、非常に早い反応時間が達成されることができ、交流電源インピーダンスによって制限された障害除去機能が、ほぼすぐに提供されることができる。

入力側から受ける交流電源からのパルス電力を負荷に供給するための切り替えユニットの制御は、たとえば交流電源から負荷への迂回を提供するよう切り替え装置を起動するか伝導性への切り替えることを称し、スイッチオフは、交流電源から負荷への迂回が遮られるよう切り替え装置を非伝導性とすることを称する。

２線直流電力は典型的には、電力コンバータからもたらされる基準および正または負の電圧を備える。にもかかわらず、コンバータは正または負の電力の供給のみに限定されない。にもかかわらず、それぞれの負荷は、とりわけニュートラル基準に関して正または負の電圧を有する２線直流電力を受ける。それゆえ、２線直流電力は電力コンバータからもたらされる基準および正または負の電圧を備え、それぞれの負荷はとりわけニュートラル基準に関して正または負の電圧を有する２線直流電力を受ける。それゆえ一般的には、負荷は直流出力ラインの２極に接続される。にもかかわらず、負荷はまた直流出力ラインの正または負の電圧に接続されてもよい。

制御ユニットはコンバータの一部であってもよい。すなわちコンバータおよび制御装置が共通の制御ユニットを有してもよい。とりわけ、迂回装置がコンバータと一体的に提供されれば、迂回装置およびコンバータ機能のコンバータユニットの制御に１つの制御ユニットのみ提供され有益である。にもかかわらずコンバータおよび迂回装置は個別の制御ユニットを有してもよい。

本発明の修正された実施例によれば、直流出力ラインは正極、負極および電気的中間極を含む３つの極を備え、それによって電気的中間極は４線交流電力供給ラインのニュートラル基準に接続される。それゆえ、２線直流電力は追加的なニュートラル基準によって正または負の極にもたらされる。

本発明の修正された実施例によれば、迂回装置は、電気的中間極を参照して正または負の極において、直流出力ラインと本質的に同一の両極性を有するパルス電力を負荷に供給するために正および負の極と接続された少なくとも２つの切り替えユニットを備える。それゆえ、同じ方法で、迂回は直流出力ラインの正または負の極に接続した負荷にもたらされてもよい。

本発明の修正された実施例によれば、迂回装置は、負荷に直流出力ラインと本質的に同一の両極性を有するパルス電力を負荷に供給するための少なくとも２つの切り替えユニットを備え、それによって切り替えユニットは第１の交流電源の異なる相にその入力側において接続され、直流出力ラインの同一極にその出力側において接続される。それゆえ、交流電源の少なくとも２つの相が障害除去機能のために負荷に接続可能に提供されてもよい。それゆえ、より連続的な電流が負荷に提供されてもよい。電力は少なくとも２つの切り替えユニットを用いて制御ユニットにより独立して制御されてもよい。さらに好ましくは、迂回装置は３つの切り替えユニット、すなわち交流電源の相あたり１つの切り替えユニットを備えてもよい。

本発明の修正された実施例によれば、切り替えユニットはシリコン制御された半波整流器回路または少なくとも１つのＩＧＢＴを備える。シリコン制御された半波整流器回路は、障害除去使用を可能とする電流を提供する、コンバータのコンバータユニットのための迂回を提供するための単純な手段を可能とする。シリコン制御された半波整流器回路に用いる典型的な半導体要素は電力トランジスタである。ＩＧＢＴは１方向の導通を提供するのみであり、一方向のみに電流を導通させるための切り替え手段を実現するための非常に単純な手段を提供する。典型的にはＩＧＢＴはダイオードに直列に接続される。

本発明の修正された実施例によれば、無停電電源システムはさらに、迂回装置と接続した第２の交流電源を備え、迂回装置は第２の交流電源からパルス電力を提供するために制御ユニットによって制御される。第２の直流電源は第１の交流電源とは独立して少なくとも１つの切り替えユニットを通じて負荷に電力を供給可能である。したがって、高い信頼性をもって障害除去機能を提供することができる。

本発明の修正された実施例によれば、制御ユニットは交流電源の位相角に基いて少なくとも１つの切り替えユニットの制御を実行するように適合される。それゆえ、必要な極、すなわち正または負の電圧を有する相の半波の一部のみが迂回装置から負荷に供給される。それゆえ、負荷への相電圧は定常状態の負荷電圧値以下に限定されることができる。

本発明の修正された実施例によれば、無停電電源システムは、一方の側において第１の交流電源および直流電源の間に並列に接続され、他方の側において直流出力ラインに接続される複数のコンバータを備える。複数の並列コンバータを備えるＵＰＳシステムの実現は多くの利点を有する。数ある中でも、複数の並列コンバータを有するシステム設計の利点のいくつかは、障害が発生した場合に負荷とコンバータの冗長性を変化させるための、ＵＰＳシステムの拡張可能性である。さらに、実際の負荷に応じて、必要とされないコンバータは、ＵＰＳシステムのエネルギー消費を低減するためにスタンバイまたはシャットダウンするように操作することができる。複数の並列コンバータを有するＵＰＳシステムのそのような構成のために、第１の交流電源および直流電流がＵＰＳシステム全体への電源、すなわちグローバル電源として独立して提供されてもよい。代替的な実施例では、複数の第１の交流電源および直流電源が、コンバータに個別に電力供給するかコンバータのグループに電力を供給するために提供されてもよい。同様の事は迂回装置にも適用できる。発明の思想が交流電源供給ラインと直流出力ラインとの間の迂回の提供であるので、迂回装置もまたＵＰＳシステムに共通でもよく、あるいは複数のコンバータ間に分配されてもよい。それゆえ、迂回装置はすべてのコンバータに共通して提供されてもよく、あるいはそれぞれのコンバータまたはコンバータのグループは、交流電源ラインおよび直流出力ラインを迂回するように提供されてもよい。

本発明の修正された実施例によれば、無停電電源システムは、迂回装置の電源側において接続された迂回入力保護装置を備える。迂回入力保護装置は任意の適切な種類の保護装置でよい。単純な保護装置は熱ヒューズである。バイパスを流れる電流は負荷のインピーダンスにより制限されるのみであるので、迂回装置を流れる電流は、保護装置がＵＰＳシステムへの損傷を避けることができるよう、障害時に負荷において非常に高い値に達する。

本発明の修正された実施例によれば、無停電電源システムは、第１の交流電源とコンバータとの間に接続されたコンバータ入力保護装置を備える。コンバータ入力保護装置はまた、任意の適切な種類の保護装置でよい。単純な保護装置は熱ヒューズである。コンバータ入力保護装置は、コンバータの損傷を避けるためにコンバータの入力電流を制限する。

電源から迂回装置およびコンバータへの入力配線および保護は異なって実行できる。保護装置は迂回装置およびコンバータのそれぞれの交流電源と接続のために独立して提供されてもよい。異なる実施例では、迂回装置およびコンバータは共通の保護装置を有してもよい。さらなる実施例では、迂回装置およびコンバータは共通の主要保護装置および、迂回装置の接続における追加的保護装置、すなわち迂回入力保護装置を有してもよい。

本発明の修正された実施例によれば、迂回入力保護装置はコンバータ入力よりも少ないエネルギーで保護を実行するために提供される。迂回装置は障害時に負荷側において障害除去機能を発揮するために起動されるだけであるので、迂回装置を通じるエネルギーは典型的には小さい。

本発明の修正された実施例によれば迂回装置は、４線交流電力供給ラインのニュートラル基準と接続していない直流出力ラインの１つの極と電流シンクとの間に接続された、放電切り替えユニットを備え、制御ユニットは、切り替えユニットがオンに切り替えられた後に極を電流シンクに接続するよう適合される。放電切り替えユニットは極および電流シンクの間の単一方向の導電を可能とする。これは負荷側の障害が除去された際、迂回電流による過電圧をクランプすることを可能とする。とりわけ、極は切り替え実行とほぼ同時にまたは切り替え事象後に電流シンクと接続されてもよい。電流シンクは４線電力供給ラインのニュートラル基準でもシステム基準でもよい。

発明のこれらおよび他の態様は以下で説明される実施例を参照して明らかとなる。

概略図として、第１の実施例による複数のコンバータを備えた無停電電源（ＵＰＳ)システムを示す。 概略図として、第２の実施例による迂回装置を有する１つのコンバータのみ描かれた図１に示されたＵＰＳシステムによるＵＰＳシステムを示す。 概略図として第４の実施例による異なる切り替え要素によって形成された第１の交流電源および負荷の間の迂回を示す。 障害発生時の第３の実施例によるＵＰＳシステムおよび迂回装置の機能を図示したタイミング図を示す。 障害発生時の第３の実施例によるＵＰＳシステムおよび迂回装置の出力電流を図示したタイミング図を示す。 概略図として第３の実施例によるコンバータが迂回装置を有して一体的に提供される、図２に示されたＵＰＳシステムによるＵＰＳシステムを示す。 概略図として第４の実施例による迂回装置が３面迂回装置として提供される図３に示されたＵＰＳシステムによるＵＰＳシステムを示す。 障害発生時の第４の実施例によるＵＰＳシステムおよび迂回装置の機能を図示したタイミング図を示す。 障害発生時の第４の実施例によるＵＰＳシステムおよび迂回装置の出力電流を図示したタイミング図を示す。 概略図として、第５の実施例による、コンバータが正および負の電圧を負荷に提供し、迂回装置が正および負の極のための迂回装置として提供される、図３に示されたＵＰＳシステムによるＵＰＳシステムを示す。 概略図として、第６の実施例による第１および第２の交流電源を備える図３に示されたＵＰＳシステムによるＵＰＳシステムを示す。 概略図として、第７の実施例による追加的な放電ユニットを備える図３に示されたＵＰＳシステムによるＵＰＳシステムを示す。 概略図として、第８の実施例による追加的な保護手段を備える図３に示されたＵＰＳシステムによるＵＰＳシステムを示す。 概略図として、第９の実施例による追加的な保護手段を備える図３に示されたＵＰＳシステムによるＵＰＳシステムを示す。 概略図として、第１０の実施例による追加的な保護手段を備える図３に示されたＵＰＳシステムによるＵＰＳシステムを示す。 以上の図で示されたＵＰＳシステムによる無停電電源システム内において迂回を実現する方法のフローチャートを示す。

発明の詳細な説明
図１は第１の好ましい実施例による無停電電源（ＵＰＳ）システムの典型的な配置を示す。ＵＰＳシステム１００は、その電源供給側１０４と負荷側１０６の間に並列に接続された複数の並列コンバータ１０２を備える。

電源側１０４上では、ＵＰＳシステム１００は、交流電力バス１１２および直流電力バス１１４によってコンバータ１０２に並列にそれぞれ接続される、一次電源としての第１の交流電源１０８および二次電源としての直流電源１１０を備える。第１の交流電源１０８は三相交流電力を供給し、交流電力バス１１２は第１の交流電源１０８の三相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３および第１の交流電源１０８のニュートラルと接続した４線交流電力供給ラインである。コンバータ１０２は１または複数の相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と接続してもよい。この接続の制限なく、図面はいつも、交流電力バス１１２を、３相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を備え、それによってコンバータ１０２が１または複数の相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と接続する１つの線として示す。直流電力バス１１４は、また直流電力供給ラインとも称される。代替的な実施例では、複数の第１の交流電源１０８および／または複数の直流電源１１０が交流電源バス１１２および直流電源バス１１４にそれぞれ接続される。直流出力ライン１１６の１つの極は４線電源供給ライン１１２のニュートラル基準に接続される。

負荷側１０６上で、ＵＰＳシステム１００は出力電力ライン１１６を通じて負荷１１８に接続される。負荷１１８は２線直流電力を受ける二相負荷１１８である。２線直流電力は基準と、電力コンバータから供給される正または負の電圧を備える。にもかかわらず、それぞれの負荷１１６は、とりわけニュートラル基準に関して正または負の電圧を有する２線直流電力を受け取る。それゆえ、一般的には、負荷１１８は直流出力ライン１１６の２極に接続される。

さらに、コンバータ１０２は通信バス１２０を通じて制御装置１２２に接続される。通信バス１２０は負荷側１０６に示されるけれども、通信バス１２０は負荷側１０６あるいは電力供給側１０４から独立していることに注意すべきである。それぞれのコンバータ１０２は、通信バス１２０を通じて、それぞれの通信によって個別に制御装置により活性、非活性あるいは任意の動作のモードに設定されてもよい。

この実施例におけるそれぞれのコンバータは第２の実施例に関して図２に見られるのと同一の配置を有する。にもかかわらず、代替的な実施例では、コンバータ１０２は異なる特性を提供されてもよい。第２の実施例のＵＰＳシステム１００は図２に示されるように単一のコンバータ１０２を有して使用されてもよい。第２の実施例による典型的なＵＰＳシステムは、図２には示されていないが、コンバータ群とも称される複数の電力コンバータ１０２を備える。第２の実施例のＵＰＳシステム１００は第１の実施例のＵＰＳシステムと一致する。第２の実施例に関して明示的に説明していない特徴は、第１の実施例と同じである。

図２に見られるように、それぞれのコンバータ１０２は電源側１０４において第１および第２の入力コンバータユニット１３２、１３４と接続される直流リンク１３０を備える。第１および第２の入力コンバータユニット１３２、１３４は、交流電力バス１１２および直流電力バス１１４を通じて交流電源１０８および直流電源１１０にそれぞれ接続される。それゆえ、第１の入力コンバータユニット１３２は交流／直流コンバータユニットであり、第２の入力コンバータユニット１３４は直流／直流コンバータユニットである。負荷側１０６では、直流リンク１３０は出力電力バス１１６を通じて、負荷１１８に直流出力電力を提供する出力コンバータユニット１３６と接続される。

それぞれのコンバータはさらに、コンバータユニット１３２、１３４、１３６の動作の制御のための制御ユニット１３８を備え、制御ユニット１３８は、通信バス１２０を通じて制御装置１２２から指令を受ける。制御ユニット１３８は、たとえば図３に示されることができ、図１に示された通信バス１２０と接続される。制御ユニット１３８は交流電力を第１の交流電源１０８および／または直流電源１１０から受けて直流出力ライン１１６を通じて負荷１１８に２線直流電力を供給するためにコンバータユニット１３２、１３４、１３６を制御する。

さらにまた、ＵＰＳシステムは、負荷障害時にコンバータユニット１３２、１３４、１３６および直流リンク１３０の迂回を可能とする迂回ユニット１４２を備える、追加的な装置１４０を備える。それゆえ、迂回ユニット１４２は、コンバータ１０２の電流源能力を超える過負荷または障害除去の状況において、たとえば負荷側でヒューズが飛ぶのを達成するために、制御ユニット１３８によって活性化される。迂回ユニット１４２は出力電力バス１１６および交流電源１０８と接続される。代替的な実施例では、迂回ユニット１４２は第１１の実施例に関して図１２に示されるように、第２の交流電源１５０に接続される。

迂回装置１４２を有するＵＰＳシステム１００の効果は図３に示される。図３は第４の実施例による、第１の交流電源および負荷１１８の間に迂回装置１４２により形成されたバイパスを参照する。迂回装置の２つの並列実装は第１の交流電源および負荷１１８の間の並列接続によって示される。それゆえ、上方の接続においては、ＩＧＢＴおよびダイオードは直列に提供される。ＩＧＢＴは切り替えユニット１４４である。下方の接続においては、サイリスタのみが切り替えユニット１４４として用いられる。

第２の実施例のＵＰＳシステム１００の機能は本質的に同一である。その機能は図４および図５に関して説明される。バイパスを実現するための方法は図１６に示される。

ステップＳ１００において、迂回装置１４２は電源供給側１０４および負荷側１０６の間に提供されて接続される。

ステップＳ１１０において、負荷障害は時間Ｔ１において検知される。短絡は、負荷１１８において生じ、負荷電圧がほぼゼロに落ち電流が増加し始める。検出は制御装置１２２または制御ユニット１３８により行われる。

ステップＳ１２０において、迂回装置１４２が活性化される。それゆえ、切り替えユニット１４４は、ゲート回路１４６を介して制御ユニット１３８によりスイッチオンされて、負荷１１８に電力を通過させるために直流出力ライン１１６と同じ極性を有する、第１の交流電源１０８からのパルス電力を供給する、。図４に見られるように、交流電源ライン１１２の３つの相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は電圧極性を正から負へそして逆に変化させる。図５に示された例では、時間Ｔ２において、Ｌ２は、電流を増加させ障害の除去を可能にするために、迂回装置１４２を通じて直流出力ライン１１６に接続される。Ｔ２における電流の増加を伴う動きは図５に示される。それゆえ、第１の交流電源１０８のＬ２から供給される、さらなる電流により、負荷１１８の保護手段が活性化され、それはＴ３において見られる。Ｌ２の電圧の極性が負に転じた場合、Ｌ２は、負荷１１８の保護手段が活性化されるまで再び閉鎖される。それゆえ、この場合では、複数の電力パルスがＬ２から供給され、これによって第１の交流電源１０８のＬ２からの電力は、Ｌ２および直流出力ライン１１６の極性が同じときに直流出力ラインにのみ提供される。

さらに図４に見られるように、制御ユニット１３８は第１の交流電源１０８の位相角に基づいて切り替えユニット１４４の制御を実行するよう適合される。それゆえ、直流出力ライン１１６の極性を有する、Ｌ２の半波の部分のみが、迂回装置１４２から負荷１１８に供給される。

ステップＳ１３０において、迂回装置１４２は非活性化される。障害は負荷１１８において除去されて、コンバータ１０２は直流出力ライン１１６に直流電力を提供するために通常動作に復帰する。

第３の実施例によるＵＰＳシステム１００が図６に示される。第３の実施例のＵＰＳシステム１００は、図２に関して説明された第２の実施例のＵＰＳシステムと合致する。第３の実施例に関して明示的に説明されていない特徴は第２の実施例のものと同一である。

第３の実施例のＵＰＳシステム１００において、迂回装置１４２は、コンバータ１０２と統合された部分として提供される。迂回装置１４２は、この実施例で、は半導体スイッチ、とりわけサイリスタである切り替えユニット１４４と、ゲート回路１４６を備え、切り替えユニット１４４とゲート回路１４６は一緒に整流器を提供する。第３の実施例のＵＰＳシステム１００の活動は上記で詳細に説明されたような、第２の実施例のＵＰＳシステム１００の活動と同一である。

第４の実施例によるＵＰＳシステム１００は図７に示される。第４の実施例のＵＰＳシステム１００は上記したような第２および第３の実施例のＵＰＳシステム１００と合致する。第４の実施例に関して明示的に説明されていない特徴は第２および第３の実施例のものと同一である。

第４の実施例のＵＰＳシステム１００において、迂回装置１４２はコンバータ１０２と統合された部分として提供される。迂回装置１４２は切り替えユニット１４４および第１の交流電力電源１０８の３つの相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に接続されたゲート回路１４６を備える。したがって、３つの相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３からの電力パルスは、障害時、たとえば短絡の場合に、直流出力ライン１１６に電力を供給することができる。この機能は図８および図９に見られる。簡素化の理由で、Ｌ１およびＬ２の正の半波のみが図８に示されている。

迂回装置１４２の一般的な活動は上記第２の実施例に関して説明されたとおりである。違いは、すべての相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が直流出力ライン１１６を通じて負荷１１８を支持してもよい点にある。したがって、Ｔ１において障害が発生した後、時間Ｔ２．１において、電流を増加させ障害除去を可能とするために、Ｌ１は迂回装置１４２を通じて直流出力ライン１１６に接続される。Ｔ２．１において電流の増加を伴う動きは、図９において示される。Ｌ１の極性が負に転じた際、Ｌ１の切り替えユニット１４４はＬ１と非接続となる。時間Ｔ２．２において、Ｌ１に関して上記したとおり、Ｌ２は迂回装置１４２を通じて直流出力ライン１１６に接続される。それゆえ、第１の交流電源１０８のＬ１およびＬ２から供給される追加的な電流により、Ｔ３において見られるように、負荷１１８の保護手段が活性化されることができる。それゆえ、この場合ではＬ１およびＬ２の極性にそれぞれしたがってＬ１およびＬ２から、および直流出力ラインから複数の電力パルスが供給される。

第５の実施例によるＵＰＳシステム１００が図１０に示される。第５の実施例のＵＰＳシステム１００は上記した、以前の実施例のＵＰＳシステム１００と合致する。第５の実施例に関して明示的に説明されていない特徴は以前の実施例のものと同一である。

第５の実施例のＵＰＳシステム１００において、直流出力ライン１１６は正極、負極および電気的中間極を含む３つの極を備え、これによって電気的中間極は４線電力供給ライン１１２のニュートラル基準に接続される。

第５の実施例のＵＰＳシステム１００において、迂回装置１４２はコンバータ１０２に統合された部分として提供される。迂回装置１４２は、２つの切り替えユニット１４４および２つのゲート回路１４６を備える。２つの切り替えユニット１４４は、電気的中間極との比較において正および負の極において負荷１１８にパルス電力を供給するために、直流出力ライン１１６と本質的に同じ極性で直流出力ライン１１６の正および負の極に接続される。電源側１０４において、２つの切り替えユニット１４４は同じ相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ２あるいは異なる相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ２に接続される。さらに、修正された第５の実施例において、複数の切り替えユニット１４４およびゲート回路１４６が、直流出力ライン１１６のそれぞれの極を複数の相Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に後に接続するために、第４の実施例にしたがって提供されてもよい。

迂回装置１４２は２つの個別の装置として描かれているけれども、共通の単一の装置として実現されてもよいことに注意されるべきである。第５の実施例の迂回装置１４２の一般的な活動は、第２あるいは第３の実施例に関して上記で説明した通りである。

第６の実施例によるＵＰＳシステムは図１１に示される。第６の実施例のＵＰＳシステム１００は上記した以前の実施例のＵＰＳシステム１００と合致する。第６の実施例に関して明示的に説明されていない特徴は以前の実施例のものと同一である。

第６の実施例によるＵＰＳシステム１００は、迂回装置１４２に接続された第２の交流電源１５０を備え、迂回装置１４２は第２の交流電源１５０からのパルス電力を供給するために制御ユニット１３８によって制御される。これとは別に、第６の実施例の迂回装置１４２の一般的な活動は第２または第３の実施例に関して上記で説明されたとおりである。

第７の実施例によるＵＰＳシステム１００は図１２に示される。第７の実施例のＵＰＳシステムは上記した、以前の実施例のＵＰＳシステム１００と合致する。第７の実施例に関して明示的に説明されていない特徴は以前の実施例のものと同一である。

第７の実施例のＵＰＳシステム１００は、４線交流電力供給ライン１１２のニュートラル基準に接続されない直流出力ライン１１６の１つの極と電流シンク１５４の間に接続された放電切り替えユニット１５２を備える。電流シンク１５４はこの実施例における４線交流電力供給ライン１１２のニュートラル基準である。さらに切り替えユニット１４４がスイッチオンされた後、すなわち迂回装置１４２の切り替えユニット１４４がバイパスを非活性化した後、制御ユニット１３８は、その極を電流シンク１５４に接続するように放電切り替えユニット１５２を制御するよう適合される。とりわけ、放電切り替えユニット１５２は迂回装置１４２の切り替えが実行されたときとほぼ同時に、あるいは迂回装置１４２の切り替えがなされた後に、その極を電流シンク１５４に接続するよう切り替えられてもよい。

放電切り替えユニット１５２は、放電切り替え要素１５６および迂回装置１４２と近似した放電ゲート回路１５８を備える。放電切り替えユニット１５２は負荷側の障害が解消された際の過電圧をクランプするために、極および電流シンクの間の単一方向の導通を可能とする。

これとは別に、第７の実施例の迂回装置１４２の一般的な活動は第２または第３の実施例に関して上記したとおりである。

第８の実施例によるＵＰＳシステム１００が図１３に示される。第８の実施例のＵＰＳシステムは上記した、以前の実施例のＵＰＳシステム１００と合致する。第８の実施例に関して明示的に説明されていない特徴は以前の実施例のものと同一である。

第８の実施例によるＵＰＳシステムは第３の実施例、のＵＰＳシステム１００を基礎とする。加えて、第８の実施例のＵＰＳシステム１００は、バックフィード保護スイッチ１６０および、この実施例では熱ヒューズであるコンバータ入力保護装置１６２を備える。コンバータ入力保護装置１６２は、第１のコンバータユニット１３２と迂回装置１４２を接続する分岐に先立ち、交流電力供給ライン１１２内に提供され、コンバータ１０２およびコンバータ１０２全体を保護する。

第８の実施例のＵＰＳシステム１００および迂回装置１４２の一般的な活動は、第２または第３の実施例に関して上記で説明したとおりである。

第９の実施例によるＵＰＳシステム１００は図１４に示される。第９の実施例のＵＰＳシステム１００は上記した、以前の実施例のＵＰＳシステム１００と合致する。第９の実施例に関して明示的に説明されていない特徴は以前の実施例のものと同一である。

とりわけ、第９の実施例によるＵＰＳシステム１００は、追加的な迂回入力保護装置１６４を伴って第８の実施例によるＵＰＳシステム１００と同一であり、追加的な迂回入力保護装置１６４は、この実施例では熱ヒューズであり、コンバータ入力保護装置１６２およびバックフィード保護スイッチ１６０を接続する分岐に提供される。

第９の実施例のＵＰＳシステム１００および迂回装置１４２の一般的な活動は第２または第３の実施例に関して上記したとおりである。

第１０の実施例によるＵＰＳシステム１００が図１５に示される。第１０の実施例のＵＰＳシステムは上記した以前の実施例のＵＰＳシステム１００と合致する。第１０の実施例に関して明示的に説明されていない特徴は以前の実施例のものと同一である。

とりわけ、第１０の実施例によるＵＰＳシステムは、迂回入力保護装置１６４およびコンバータ入力保護装置１６２が交流電源ライン１１２に並列に直接接続されるという違いのほかは、第９の実施例によるＵＰＳシステムと同一である。

第１０の実施例のＵＰＳシステム１００および迂回装置１４２の一般的な活動は第２または第３の実施例に関して上記で説明されたとおりである。

図および以上の説明により本発明は詳細に図示あるいは説明されてきたものの、そのような図および説明は図示ないし例示的で限定的なものでないと考慮されるべきで、本発明は開示された実施例に限定されない。開示された実施例の他の変形が、図、開示事項、および添付の請求項の研究から、請求された発明の実施において当業者により理解され、効果を生じさせてもよい。請求項において語句「〜を備える」は他の要素やステップを除外するものではなく、不定冠詞「a」あるいは「an」は複数を除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの組み合わせが有益に使用できないことを示すものではない。請求項内の任意の参照符号は範囲を制限すると解釈されるべきではない。

参照符号リスト

１００ 無停電電源（ＵＰＳ）システム
１０２ コンバータ
１０４ 電源側
１０６ 負荷側
１０８ 第１の交流電源
１１０ 直流電源
１１２ 交流電力供給ライン
１１４ 直流電力供給ライン
１１６ 直流出力ライン
１１８ 負荷
１２０ 通信バス
１２２ 制御装置
１３０ 直流リンク
１３２ 第１の入力コンバータユニット
１３４ 第２の入力コンバータユニット
１３６ 出力コンバータユニット
１３８ 制御ユニット
１４０ 追加ユニット
１４２ 迂回装置
１４４ 切り替えユニット、半導体スイッチ
１４６ ゲート回路
１５０ 第２の交流電源
１５２ 放電切り替えユニット
１５４ 電流シンク
１５６ 放電切り替え要素
１５８ 放電ゲート回路
１６０ バックフィード保護スイッチ
１６２ コンバータ入力保護装置
１６４ 迂回入力保護装置
Ｌ１ 交流電源の相
Ｌ２ 交流電源の相
Ｌ３ 交流電源の相

Claims (13)

1. 無停電電源システム（１００）であって、
   ４線交流電力供給ライン（１１２）を通じて三相交流電力を供給する第１の交流電源（１０８）と、
   直流電力供給ライン（１１４）を通じて直流電力を供給する直流電源（１１０）と、
   前記第１の交流電源（１０８）から交流電力および／または前記直流電源（１１０）から直流電力を受け、直流出力ライン（１１６）を通じて負荷（１１８）に２線直流電力を送る電力コンバータ（１０２）とを備え、
   前記直流出力ライン（１１６）の１つの極が前記４線交流電力供給ライン（１１２）のニュートラル基準に接続され、
   前記無停電電源システム（１００）はさらに、その出力側（１０６）から前記直流出力ライン（１１６）に電力を通過させるための迂回装置（１４２）を備え、
   前記迂回装置（１４２）および前記電力コンバータ（１０２）は前記直流出力ライン（１１６）に並列に接続され、
   前記迂回装置（１４２）は、その入力側において交流電力を受け取る少なくとも１つの切り替えユニット（１４４）と、制御ユニット（１３８）とを備え、前記切り替えユニット（１４４）は、前記直流出力ライン（１１６）と本質的に同じ極性を有する交流電源からのパルス電力を供給するために前記制御ユニット（１３８）により制御される、
   ことを特徴とする無停電電源システム（１００）。
2. 前記直流出力ライン（１１６）は正極、負極および電気的中間極を含む３つの極を備え、前記電気的中間極が前記４線電力供給ライン（１１２）のニュートラル基準に接続される、
   ことを特徴とする先の請求項１に記載の無停電電源システム（１００）。
3. 前記迂回装置（１４２）は、前記電気的中間極に関して正極および負極において前記負荷（１１８）に前記直流出力ライン（１１６）と本質的に同じ極性を有するパルス電力を供給するために、正極および負の極に接続された少なくとも２つの切り替えユニット（１４４）を備える、
   ことを特徴とする先の請求項２に記載の無停電電源システム（１００）。
4. 前記迂回装置（１４２）は、前記直流出力ライン（１１６）と本質的に同じ極性を有するパルス電力を前記負荷（１１８）に供給するための少なくとも２つの切り替えユニット（１４４）を備え、前記切り替えユニット（１４４）はその入力側において、前記第１の交流電源（１０８）の異なる相（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に接続され、その出力側において前記直流出力ライン（１１６）の同じ極に接続される、
   ことを特徴とする先の請求項のいずれかに記載の無停電電源システム（１００）。
5. 前記切り替えユニット（１４４）はシリコン制御半波整流器回路または少なくとも１つのＩＧＢＴを備える、
   ことを特徴とする先の請求項２から４に記載の無停電電源システム（１００）。
6. 無停電電源システム（１００）は、さらに、前記迂回装置（１４２）に接続された第２の交流電源（１５０）を備え、
   前記迂回装置（１４２）は、前記第２の交流電源（１５０）からのパルス電力を供給するために前記制御ユニット（１３８）により制御される、
   ことを特徴とする先の請求項のいずれかに記載の無停電電源システム（１００）。
7. 前記制御ユニット（１３８）は、前記交流電源の位相角に基いて、前記少なくとも１つの切り替えユニット（１４４）の制御を実行するよう適合された、
   ことを特徴とする先の請求項のいずれかに記載の無停電電源システム（１００）。
8. 前記無停電電源システムは、一方の側が前記第１の交流電源（１０８）および前記直流電源（１１０）の間に並列して接続され、他方の側が前記直流出力ライン（１１６）に接続された複数のコンバータを備える、
   ことを特徴とする先の請求項のいずれかに記載の無停電電源システム（１００）。
9. 前記無停電電源システムは、前記迂回装置（１４２）の電源側（１０４）において接続された迂回入力保護装置（１６４）を備える、
   ことを特徴とする先の請求項のいずれかに記載の無停電電源システム（１００）。
10. 前記無停電電源システムは、前記第１の交流電源（１０８）および前記コンバータ（１０２）の間に接続されたコンバータ入力保護装置（１６２）を備える、
    ことを特徴とする先の請求項のいずれかに記載の無停電電源システム（１００）。
11. 前記迂回入力保護装置（１６４）は、前記コンバータ入力保護装置（１６２）よりも少ないエネルギーで保護を実行するように設けられる、
    ことを特徴とする先の請求項９および１０に記載の無停電電源システム（１００）。
12. 前記迂回装置（１４２）は、前記４線交流電源供給ライン（１１２）の前記ニュートラル基準に接続されていない前記直流出力ライン（１１６）の１つの極と、電流シンク（１５４）との間に接続された放電切り替えユニット（１５２）を備え、
    前記制御ユニット（１３８）は、前記切り替えユニット（１４４）がスイッチオンされた後、前記極を前記電流シンク（１５４）に接続するよう適合された、
    ことを特徴とする先の請求項のいずれかに記載の無停電電源システム（１００）。
13. ４線交流電力供給ライン（１１２）を通じて三相交流電力を供給する第１の交流電源（１０８）、直流電力供給ライン（１１４）を通じて直流電力を提供する直流電源（１１０）、および前記第１の交流電源（１０８）から交流電力および／または前記直流電源（１１０）から直流電力を受けて直流出力ライン（１１６）を通じて負荷（１１８）に２線直流電力を送る電力コンバータ（１０２）を備え、前記直流出力ライン（１１６）の１つの極が前記４線交流電力供給ライン（１１２）のニュートラル基準に接続される無停電電源システム（１００）内で迂回を実現する方法であって、
    迂回装置を提供するステップ（１４２）と、
    前記迂回装置（１４２）および前記電力コンバータ（１０２）を前記直流出力ライン（１１６）に並列して接続するステップとを備え、前記迂回装置（１４２）が少なくとも１つの切り替えユニット（１４４）を備え、
    負荷障害を検知するステップと、
    前記切り替えユニット（１４４）がその出力側から前記直流出力ライン（１１６）に電力を通過させるために、その入力側から受けた、前記直流出力ライン（１１６）と本質的に同じ極性を有する交流電源からのパルス電力を提供するために、前記切り替えユニット（１４４）を制御するステップ、とを備える方法。
    

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