JP2017022815A - 電力変換システム - Google Patents

電力変換システム Download PDF

Info

Publication number
JP2017022815A
JP2017022815A JP2015136828A JP2015136828A JP2017022815A JP 2017022815 A JP2017022815 A JP 2017022815A JP 2015136828 A JP2015136828 A JP 2015136828A JP 2015136828 A JP2015136828 A JP 2015136828A JP 2017022815 A JP2017022815 A JP 2017022815A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
power
power supply
conversion circuit
uninterruptible power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015136828A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6416707B2 (ja
Inventor
翔一 阿部
Shoichi Abe
翔一 阿部
雅博 木下
Masahiro Kinoshita
雅博 木下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority to JP2015136828A priority Critical patent/JP6416707B2/ja
Priority to US15/000,332 priority patent/US10044286B2/en
Publication of JP2017022815A publication Critical patent/JP2017022815A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6416707B2 publication Critical patent/JP6416707B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1588—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load comprising at least one synchronous rectifier element
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

【課題】横流が小さく、故障範囲を狭く限定できる電力変換システムを提供する。
【解決手段】無停電電源システムは、複数の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３を備え、各無停電電源装置Ｕは、順変換回路１、逆変換回路２、直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、およびコンデンサＣ１を含む。無停電電源システムは、２つの無停電電源装置Ｕｎ，Ｕ（ｎ＋１）の母線Ｌ１間に接続されたヒューズＦｎ１と、２台の無停電電源装置Ｕ１，Ｕ２の母線Ｌ２間に接続されたヒューズＦｎ２とを備える。複数組の母線Ｌ１，Ｌ２間の直流電圧を均一にし、横流を小さく抑制できる。１台の無停電電源装置が故障して２組の母線Ｌ１，Ｌ２間に過電流が流れてもヒューズＦ１ｎ，Ｆｎ２によって故障範囲を狭く限定できる。
【選択図】図１

Description

この発明は電力変換システムに関し、特に、負荷に対して並列接続される複数の電力変換装置を備えた電力変換システムに関する。
従来より、負荷に対して並列接続される複数の無停電電源装置を備えた無停電電源システムが知られている。各無停電電源装置は、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する順変換回路と、直流電圧を交流電圧に変換して負荷に与える逆変換回路と、順変換回路によって生成された直流電圧を逆変換回路に供給するための直流母線とを含む。
交流電源から交流電力が供給されている通常時は、交流電力は順変換回路によって直流電力に変換され、電力貯蔵装置に蓄えられるとともに、逆変換回路によって交流電力に変換されて負荷に供給される。交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、電力貯蔵装置の直流電力が逆変換回路によって交流電力に変換されて負荷に供給される。したがって、停電が発生した場合でも、電力貯蔵装置に直流電力が蓄えられている期間は、負荷の運転を継続することができる。
特許文献１には、直流正母線、直流負母線、２つのヒューズ、２つの単位インバータユニットを備えた電力変換装置が開示されている。各単位インバータユニットは、互いに並列接続されたコンデンサおよび半導体モジュールを含む。半導体モジュールの正側端子はヒューズを介して直流正母線に接続され、半導体モジュールの負側端子は直流負母線に接続される。単位インバータユニットの半導体モジュールが故障して短絡状態になった場合は、過電流が流れてヒューズがブローされる。
特開２００７−７４８２３号公報
しかし、従来の無停電電源システムでは、複数の逆変換回路の出力電圧がばらつき、複数の逆変換回路の出力端子間に横流が流れるという問題があった。この対策として、複数の直流母線を短絡し、複数の逆変換回路の入力電圧を均一にすることにより、複数の逆変換回路の出力電圧のばらつきを抑制する方法が考えられる。しかし、この方法では、１台の無停電電源装置の順変換回路などが故障して短絡状態になった場合、他の各無停電電源装置から短絡部に過電流が流れ、他の各無停電電源装置も故障するという問題が想定される。
それゆえに、この発明の主たる目的は、横流が小さく、故障範囲を狭く限定することが可能な電力変換システムを提供することである。
この発明に係る電力変換システムは、負荷に対して並列接続される第１〜第Ｎの電力変換装置と、第１〜第（Ｎ−１）のヒューズとを備えたものである。Ｎは２以上の整数である。各電力変換装置は、交流電圧を直流電圧に変換する順変換回路と、直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷に与える逆変換回路と、前記順変換回路から前記逆変換回路に直流電圧を供給するための直流母線と、前記直流母線に接続され、直流電圧を平滑化させるコンデンサとを含む。第ｎのヒューズは、第ｎの電力変換装置の前記直流母線と第（ｎ＋１）の電力変換装置の前記直流母線との間に接続される。ｎは１以上で（Ｎ−１）以下の整数である。
この発明に係る電力変換システムでは、各２台の電力変換装置の直流母線間をヒューズによって接続する。したがって、複数の逆変換回路の入力電圧を均一にすることができ、複数の逆変換回路間に流れる横流を抑制することができる。さらに、１台の電力変換装置の順変換回路などが故障し、他の電力変換装置の直流母線と故障した電力変換装置の直流母線との間に過電流が流れると、ヒューズがブローされ、２つの直流母線間が電気的に切り離される。したがって、１台の電力変換装置が故障した場合に他の各電力変換装置が故障することを防止することができ、故障範囲を狭く限定することができる。
この発明の実施の形態１による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。 図１に示した順変換回路および逆変換回路に含まれる電力変換回路の構成を示す回路図である。 図１に示した双方向チョッパの構成を示す回路図である。 実施の形態１の変更例を示す回路図である。 この発明の実施の形態２による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。 図５に示した順変換回路および逆変換回路に含まれる電力変換回路の構成を示す回路図である。 図５に示した双方向チョッパの構成を示す回路図である。 実施の形態２の変更例を示す回路図である。
[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による無停電電源システム（電力変換システム）の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この無停電電源システムは、交流電源５１と負荷５２の間に並列接続された複数台（図では、３台）の無停電電源装置（電力変換装置）Ｕ１〜Ｕ３を備える。３台の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３に共通に１つのバッテリ５３（電力貯蔵装置）が設けられる。交流電源５１は、商用周波数の三相交流電力を無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３に供給する。負荷５２は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３から供給される商用周波数の三相交流電力によって駆動される。バッテリ５３は、直流電力を蓄える。バッテリ５３の代わりにコンデンサが設けられていても構わない。
無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々は、順変換回路１、逆変換回路２、双方向チョッパ３、制御回路４、直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、およびコンデンサＣ１を含む。順変換回路１は、交流電源５１から供給される三相交流電圧に基づいて正電圧および負電圧を生成する。順変換回路１によって生成された正電圧および負電圧は、それぞれ直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２を介して逆変換回路２に与えられる。コンデンサＣ１は、直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２間に接続され、母線Ｌ１，Ｌ２間の直流電圧を平滑化および安定化させる。
逆変換回路２は、順変換回路１から母線Ｌ１，Ｌ２を介して供給される正電圧および負電圧に基づいて商用周波数の三相交流電圧を生成し、その三相交流電圧を負荷５２に供給する。双方向チョッパ３は、直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２と、バッテリ５３との間に接続される。双方向チョッパ３は、交流電源５１から三相交流電圧が供給されている通常時は、母線Ｌ１，Ｌ２間の直流電圧を降圧してバッテリ５３に供給し、バッテリ５３を充電する。双方向チョッパ３は、交流電源５１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリ５３の端子間電圧を昇圧して母線Ｌ１，Ｌ２間に供給し、バッテリ５３を放電させる。
制御回路４は、交流電源５１から供給される三相交流電圧、母線Ｌ１，Ｌ２間の直流電圧、バッテリ５３の端子間電圧、逆変換回路２から出力される三相交流電圧、逆変換回路２から負荷５２に流れる三相交流電流などの瞬時値に基づいて、順変換回路１、逆変換回路２、および双方向チョッパ３を制御する。
無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の制御回路４は、通信回線５によって互いに結合されており、負荷電流を含む種々の情報を授受する。制御回路５は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の負荷電流の総和を運転中の無停電電源装置Ｕの台数で除算して自装置の分担電流を求め、その分担電流を出力するように自装置を制御する。
図２は、順変換回路１および逆変換回路２の各々に含まれる電力変換回路の構成を示す回路図である。図２において、電力変換回路は、交流端子Ｔ１〜Ｔ３、中性点端子Ｔ４、直流端子Ｔ５，Ｔ６、交流フィルタ１０、および半導体モジュール２０を含む。交流端子Ｔ１〜Ｔ３は、三相交流電圧を授受するために用いられる。順変換回路１の中性点端子Ｔ４と逆変換回路２の中性点端子Ｔ４とは、互いに接続される。直流端子Ｔ５，Ｔ６は、それぞれ正電圧および負電圧を授受するために用いられる。
交流フィルタ１０は、リアクトル１１〜１３およびコンデンサ１４〜１６を含む。リアクトル１１〜１３の一方端子はそれぞれ交流端子Ｔ１〜Ｔ３に接続され、それらの他方端子は半導体モジュール２０のノードＮ１〜Ｎ３にそれぞれ接続される。コンデンサ１４〜１６の一方電極はそれぞれ交流端子Ｔ１〜Ｔ３に接続され、それらの他方電極はともに中性点端子Ｔ４に接続される。交流フィルタ１０は、低域通過フィルタであり、商用周波数の三相交流電力を通過させ、半導体モジュール２０で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。
半導体モジュール２０は、トランジスタＱ１〜Ｑ６およびダイオードＤ１〜Ｄ６を含む。トランジスタＱ１〜Ｑ６の各々は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。トランジスタＱ１〜Ｑ３のコレクタはともに直流端子Ｔ５に接続され、それらのエミッタはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続される。トランジスタＱ４〜Ｑ６のコレクタはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続され、それらのエミッタはともに直流端子Ｔ６に接続される。
ダイオードＤ１〜Ｄ６のアノードはそれぞれトランジスタＱ１〜Ｑ６のエミッタに接続され、それらのカソードはそれぞれトランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタに接続される。すなわち、ダイオードＤ１〜Ｄ６は、それぞれトランジスタＱ１〜Ｑ６に逆並列に接続される。トランジスタＱ１〜Ｑ６の各々は、制御回路４によってＰＷＭ（pulse width modulation）制御され、交流電源５１からの三相交流電圧に同期して所定のタイミングでオン／オフされる。たとえば、トランジスタＱ１〜Ｑ３は、三相交流電圧に同期して順次オン／オフされる。トランジスタＱ１〜Ｑ３がオンされている期間ではそれぞれトランジスタＱ４〜Ｑ６がオフされ、トランジスタＱ１〜Ｑ３がオフされている期間ではそれぞれトランジスタＱ４〜Ｑ６がオンされる。
順変換回路１においては、交流端子Ｔ１〜Ｔ３は交流電源５１からの三相交流電圧を受け、直流端子Ｔ５は直流正母線Ｌ１の一方端に接続され、直流端子Ｔ６は直流負母線Ｌ２の一方端に接続される。交流フィルタ１０は、交流電源５１から供給される商用周波数の三相交流電力を半導体モジュール２０に通過させ、半導体モジュール２０で発生するスイッチング周波数の信号が交流電源５１に通過することを防止する。
順変換回路１においては半導体モジュール２０は、交流電源５１から交流フィルタ１０を介して供給される三相交流電圧に基づいて正電圧および負電圧を生成し、生成した正電圧および負電圧をそれぞれ直流端子Ｔ５，Ｔ６に与える２レベルコンバータを構成する。
たとえば、交流端子Ｔ１の電圧が交流端子Ｔ２の電圧よりも高い場合は、トランジスタＱ１，Ｑ５がオンされ、交流端子Ｔ１、リアクトル１１、トランジスタＱ１、直流端子Ｔ５，コンデンサＣ１、直流端子Ｔ６、トランジスタＱ５、リアクトル１２、および交流端子Ｔ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１が充電される。
逆変換回路２においては、交流端子Ｔ１〜Ｔ３は負荷５２に接続され、直流端子Ｔ５は直流正母線Ｌ１の他方端に接続され、直流端子Ｔ６は直流負母線Ｌ２の他方端に接続される。半導体モジュール２０は、順変換回路１または双方向チョッパ３から母線Ｌ１，Ｌ２を介して供給される正電圧および負電圧に基づいて三相交流電圧を生成し、生成した三相交流電圧をそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に出力する２レベルインバータを構成する。半導体モジュール２０で生成される三相交流電圧の各々は、たとえば、正電圧、負電圧、正電圧、…と変化する２レベルの交流電圧である。
たとえば、トランジスタＱ１，Ｑ５がオンされ、直流端子Ｔ５、トランジスタＱ１、リアクトル１１、交流端子Ｔ１、負荷５２、交流端子Ｔ２、リアクトル１２、トランジスタＱ５、および直流端子Ｔ６の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１が放電される。
逆変換回路２においては交流フィルタ１０は、半導体モジュール２０によって生成された商用周波数の三相交流電圧を負荷５２に通過させ、半導体モジュール２０で発生するスイッチング周波数の信号が負荷５２に通過することを防止する。換言すると、逆変換回路２の交流フィルタ１０は、半導体モジュール２０によって生成された三相の２レベル交流電圧を三相の正弦波状の交流電圧に変換して負荷５２に与える。
図３は、双方向チョッパ３の構成を示す回路図である。図３において、双方向チョッパ３は、直流端子Ｔ１１，Ｔ１２、バッテリ端子Ｔ２１，Ｔ２２、トランジスタＱ７，Ｑ８、ダイオードＤ７，Ｄ８、リアクトル２１、およびヒューズＦ１，Ｆ２を含む。直流端子Ｔ１１，Ｔ１２は、それぞれ直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２に接続される。バッテリ端子Ｔ２１，Ｔ２２は、それぞれバッテリ５３の正極および負極に接続される。
トランジスタＱ７，Ｑ８の各々は、たとえばＩＧＢＴである。トランジスタＱ７，Ｑ８は、直流端子Ｔ１１，Ｔ１２間に直列接続される。ダイオードＤ７，Ｄ８は、それぞれトランジスタＱ７，Ｑ８に逆並列に接続される。リアクトル２１およびヒューズＦ１は、トランジスタＱ７のエミッタとバッテリ端子Ｔ２１との間に直列接続される。ヒューズＦ２は、トランジスタＱ８のエミッタとバッテリ端子Ｔ２２との間に接続される。
バッテリ５３を充電する場合は、トランジスタＱ８がオフされるとともにトランジスタＱ７が所定周期でオン／オフされる。トランジスタＱ７がオンされると、コンデンサＣ１の正側電極からトランジスタＱ７、リアクトル２１、ヒューズＦ１、バッテリ５３、ヒューズＦ２を介してコンデンサＣ１の負側電極に電流が流れ、コンデンサＣ１が放電され、リアクトル２１に電磁エネルギーが蓄えられるとともに、バッテリ５３が充電される。トランジスタＱ７がオフされると、リアクトル２１、ヒューズＦ１、バッテリ５３、ヒューズＦ２、およびダイオードＤ８の経路で電流が流れ、リアクトル２１の電磁エネルギーが放出されるとともにバッテリ５３が充電される。
一周期当たりのトランジスタＱ７のオン時間を長くするとバッテリ端子Ｔ２１，Ｔ２２間の電圧が大きくなり、一周期当たりのトランジスタＱ７のオン時間を短くするとバッテリ端子Ｔ２１，Ｔ２２間の電圧が小さくなる。一周期当たりのトランジスタＱ７のオン時間を調整することにより、バッテリ５３の端子間電圧を所望の電圧に調整することが可能となっている。バッテリ５３の端子間電圧は、コンデンサＣ１の端子間電圧よりも低くなる。
バッテリ５３を放電させる場合は、トランジスタＱ７がオフされるとともにトランジスタＱ８が所定周期でオン／オフされる。トランジスタＱ８がオンされると、バッテリ５３の正極からヒューズＦ１、リアクトル２１、トランジスタＱ８、およびヒューズＦ２を介してバッテリ５３の負極に電流が流れ、リアクトル２１に電磁エネルギーが蓄えられる。トランジスタＱ８がオフされると、バッテリ５３の正極からヒューズＦ１、リアクトル２１、ダイオードＤ７、コンデンサＣ１、およびヒューズＦ２を介してバッテリ５３の負極に電流が流れ、バッテリ５３が放電され、リアクトル２１の電磁エネルギーが放出されるとともに、コンデンサＣ１が充電される。
一周期当たりのトランジスタＱ８のオン時間を長くすると直流端子Ｔ１１，Ｔ１２間の電圧が大きくなり、一周期当たりのトランジスタＱ８のオン時間を短くすると直流端子Ｔ１１，Ｔ１２間の電圧が小さくなる。一周期当たりのトランジスタＱ８のオン時間を調整することにより、コンデンサＣ１の端子間電圧を所望の電圧に調整することが可能となっている。コンデンサＣ１の端子間電圧は、バッテリ５３の端子間電圧よりも高くなる。ヒューズＦ１，Ｆ２は、バッテリ５３に過電流が流れた場合にブローされ、バッテリ５３、双方向チョッパ３などを保護する。
図１に戻って、無停電電源システムは、さらに、ヒューズＦ１１，Ｆ１２，Ｆ２１，Ｆ２２および配線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２を備える。ヒューズＦ１１は、配線Ｌ１１を介して無停電電源装置Ｕ１，Ｕ２の直流正母線Ｌ１間に接続されている。ヒューズＦ１２は、配線Ｌ１２を介して無停電電源装置Ｕ１，Ｕ２の直流負母線Ｌ２間に接続されている。ヒューズＦ２１は、配線Ｌ２１を介して無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の直流正母線Ｌ１間に接続されている。ヒューズＦ２２は、配線Ｌ２２を介して無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の直流負母線Ｌ２間に接続されている。
ヒューズＦ１１，Ｆ２１および配線Ｌ１１，Ｌ２１は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流正母線Ｌ１を互いに接続し、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流正母線Ｌ１の電圧を一致させる。ヒューズＦ１２，Ｆ２２および配線Ｌ１２，Ｌ２２は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流負母線Ｌ２を互いに接続し、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流負母線Ｌ２の電圧を一致させる。これにより、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の逆変換回路２の入力電圧を一致させることができ、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の逆変換回路２の出力端子間に流れる横流を小さな値に抑制することができる。
ヒューズＦ１１，Ｆ１２は、無停電電源装置Ｕ１またはＵ２の順変換回路１、逆変換回路２、双方向チョッパ３などが故障して母線Ｌ１，Ｌ２間が短絡し、無停電電源装置Ｕ１の母線Ｌ１，Ｌ２と無停電電源装置Ｕ２の母線Ｌ１，Ｌ２との間に過電流が流れた場合にブローされ、無停電電源システムを保護する。
たとえば、無停電電源装置Ｕ１の順変換回路１の半導体モジュール２０に含まれるトランジスタＱ１が故障して導通状態に固定された場合にトランジスタＱ４がオンされると、母線Ｌ１，Ｌ２がトランジスタＱ１，Ｑ４によって短絡される。無停電電源装置Ｕ１の母線Ｌ１，Ｌ２が短絡されると、たとえば無停電電源装置Ｕ２のコンデンサＣ１の正側電極からヒューズＦ１１、無停電電源装置Ｕ１の短絡部（トランジスタＱ１，Ｑ４）、ヒューズＦ１２を介して無停電電源装置Ｕ２のコンデンサＣ１の負側電極に過電流が流れ、ヒューズＦ１１，Ｆ１２のうちの少なくともいずれか１つのヒューズがブローされて過電流が遮断される。
同様に、ヒューズＦ２１，Ｆ２２は、無停電電源装置Ｕ２またはＵ３の順変換回路１、逆変換回路２などが故障して母線Ｌ１，Ｌ２間が短絡し、無停電電源装置Ｕ２の母線Ｌ１，Ｌ２と無停電電源装置Ｕ３の母線Ｌ１，Ｌ２との間に過電流が流れた場合にブローされ、無停電電源システムを保護する。したがって、ヒューズＦ１１，Ｆ１２，Ｆ２１，Ｆ２２により、故障の範囲を狭く限定することができる。
無停電電源システムが正常である場合は、ヒューズＦ１１，Ｆ１２，Ｆ２１，Ｆ２２の各々に流れる電流は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々の定格電流よりも十分に小さい。このため、ヒューズＦ１１，Ｆ１２，Ｆ２１，Ｆ２２の各々の定格遮断電流値は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々の定格電流値よりも小さい。ヒューズＦに流れる電流が定格遮断電流値を超えると、ヒューズＦがブローされ、ヒューズＦに流れる電流が遮断される。
さらに、ヒューズＦ１１，Ｆ２１を直流正母線Ｌ１に接続するための配線Ｌ１１，Ｌ２１の許容電流値は直流正母線Ｌ１の許容電流値よりも小さく、ヒューズＦ１２，Ｆ２２を直流負母線Ｌ２に接続するための配線Ｌ１２，Ｌ２２の許容電流値は、直流負母線Ｌ２の許容電流値よりも小さい。配線に流れる電流が許容電流値を超えると、配線が発熱する。
次に、この無停電電源システムの動作について説明する。交流電源５１から三相交流電力が正常に供給されている通常時は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々において、交流電源５１からの三相交流電力が順変換回路１によって直流電力に変換される。順変換回路１によって生成された直流電力は、双方向チョッパ３によってバッテリ５３に蓄えられるとともに、逆変換回路２によって三相交流電力に変換されて負荷５２に供給される。
交流電源５１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々において、順変換回路１の運転が停止される。バッテリ５３の直流電力が双方向チョッパ３を介して逆変換回路２に供給され、三相交流電力に変換されて負荷５２に供給される。したがって、バッテリ５３に直流電力が蓄えられている期間は、負荷５２の運転を継続することができる。
この実施の形態１では、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流正母線Ｌ１が互いに接続され、それらの直流負母線Ｌ２が互いに接続され、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の逆変換回路２に入力される直流電圧が均一にされているので、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の逆変換回路２の出力端子間に流れる横流が小さな値に抑制される。
たとえば、無停電電源装置Ｕ１の順変換回路１が故障して母線Ｌ１，Ｌ２間が短絡された場合は、ヒューズＦ１１，Ｆ１２のうちの少なくとも１つのヒューズがブローされて無停電電源装置Ｕ１の母線Ｌ１，Ｌ２と無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の母線Ｌ１，Ｌ２とが電気的に切り離される。したがって、並列接続された３台の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３のうちの１台の無停電電源装置が故障した場合でも、他の無停電電源装置が故障することを防止することができ、無停電電源システムの故障範囲を狭く限定することができる。
さらに、ヒューズＦ１１，Ｆ１２，Ｆ２１，Ｆ２２の各々の定格遮断電流値は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々の定格電流値よりも小さな値に選択されている。ヒューズＦ１１，Ｆ２１を直流正母線Ｌ１に接続するための配線Ｌ１１，Ｌ２１の各々の許容電流値は、直流正母線Ｌ１の許容電流値よりも小さな値に選択されている。ヒューズＦ１２，Ｆ２２を直流負母線Ｌ２に接続するための配線Ｌ１２，Ｌ２２の各々の許容電流値は、直流負母線Ｌ２の許容電流値よりも小さな値に選択されている。したがって、安価で小型のヒューズＦを使用し、安価で細い配線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２を使用するので、装置の小型化、低コスト化、配線作業の簡単化を図ることができる。
なお、この実施の形態１では、並列接続された３台の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３を備えた無停電電源システムに本願発明が適用された場合について説明したが、これに限るものではなく、本願発明は並列接続されたＮ台の無停電電源装置を備えた無停電電源システムに適用可能であることは言うまでもない。Ｎは２以上の整数である。この場合、第ｎの無停電電源装置Ｕｎの直流正母線Ｌ１と第（ｎ＋１）の無停電電源装置Ｕ（ｎ＋１）の直流正母線Ｌ１との間にヒューズＦｎ１が接続され、第ｎの無停電電源装置Ｕｎの直流負母線Ｌ２と第（ｎ＋１）の無停電電源装置Ｕ（ｎ＋１）の直流負母線Ｌ２との間にヒューズＦｎ２が接続される。ｎは１以上で（Ｎ−１）以下の整数である。
さらに、この実施の形態１では、２本の直流正母線Ｌ１間にヒューズＦｎ１を接続するとともに２本の直流負母線Ｌ２間にヒューズＦｎ２を接続したが、これに限るものではなく、２つのヒューズＦ１ｎ，Ｆｎ２のうちのいずれか１つのヒューズＦを単なる配線で置換しても構わない。たとえば、２本の直流正母線Ｌ１間にヒューズＦｎ１を接続するとともに２本の直流負母線Ｌ２間を配線Ｌｎ２のみで接続しても良いし、逆に、直流正母線Ｌ１間を配線Ｌｎ１のみで接続するとともに２本の直流負母線Ｌ２間にヒューズＦｎ２を接続しても良い。
さらに、この実施の形態１では、複数の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３を備えた無停電電源システムについて説明したが、無停電電源装置を電力変換回路、電力変換部、無停電電源回路、または無停電電源部と換言し、無停電電源システムを無停電電源装置と換言しても良いことは言うまでもない。複数の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３は別々の筐体に収容されていてもよいし、複数の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３が１つの筐体に収容されていても構わない。
図４は、実施の形態１の変更例となる無停電電源システムの電力変換回路の構成を示す回路図であって、図２と対比される図である。図４を参照して、この電力変換回路が図２の電力変換回路と異なる点は、交流フィルタ１０が交流フィルタ１０Ａで置換され、中性点端子Ｔ４が除去されている点である。交流フィルタ１０Ａは、交流フィルタ１０からコンデンサ１４〜１６を除去したものである。交流フィルタ１０Ａは、商用周波数の三相交流電圧を通過させ、半導体モジュール２０で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する低域通過フィルタを構成する。この変更例では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
[実施の形態２]
図５は、この発明の実施の形態２による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図５において、この無停電電源システムは、交流電源５１と負荷５２の間に並列接続される複数台（図では、３台）の無停電電源装置（電力変換装置）Ｕ１１〜Ｕ１３を備える。３台の無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３に共通に１つのバッテリ５３（電力貯蔵装置）が設けられる。交流電源５１は、商用周波数の三相交流電力を無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３に供給する。負荷５２は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３から供給される商用周波数の三相交流電力によって駆動される。バッテリ５３は、直流電力を蓄える。バッテリ５３の代わりにコンデンサが設けられていても構わない。
無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の各々は、順変換回路２１、逆変換回路２２、双方向チョッパ２３、制御回路２４、直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、直流中性点母線Ｌ３、およびコンデンサＣ１１，Ｃ１２を含む。順変換回路２１は、交流電源５１から供給される三相交流電圧に基づいて正電圧、負電圧、および中性点電圧を生成する。順変換回路２１によって生成された正電圧、負電圧、および中性点電圧は、それぞれ直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３を介して逆変換回路２２に与えられる。コンデンサＣ１１は、直流正母線Ｌ１および直流中性点母線Ｌ３間に接続され、母線Ｌ１，Ｌ３間の直流電圧を平滑化および安定化させる。コンデンサＣ１２は、直流中性点母線Ｌ３および直流負母線Ｌ２間に接続され、母線Ｌ２，Ｌ３間の直流電圧を平滑化および安定化させる。
逆変換回路２２は、順変換回路２１から母線Ｌ１〜Ｌ３を介して供給される正電圧、負電圧、および中性点電圧に基づいて三相交流電圧を生成し、その三相交流電圧を負荷５２に供給する。双方向チョッパ２３は、直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３と、バッテリ５３との間に接続される。双方向チョッパ２３は、交流電源５１から三相交流電圧が供給されている通常時は、母線Ｌ１，Ｌ３間の直流電圧および母線Ｌ３，Ｌ２間の直流電圧の各々を降圧してバッテリ５３に供給し、バッテリ５３を充電する。双方向チョッパ２３は、交流電源５１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリ５３の端子間電圧を昇圧して母線Ｌ１，Ｌ３間および母線Ｌ３，Ｌ２間の各々に供給し、バッテリ５３を放電させる。
制御回路２４は、交流電源５１から供給される三相交流電圧、母線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の各々の直流電圧、バッテリ５３の端子間電圧、逆変換回路２２から出力される三相交流電圧、逆変換回路２２から負荷５２に流れる三相交流電流などの瞬時値に基づいて、順変換回路２１、逆変換回路２２、および双方向チョッパ２３を制御する。
無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の制御回路２４は、通信回線５によって互いに結合されており、負荷電流を含む種々の情報を授受する。制御回路２４は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の負荷電流の総和を運転中の無停電電源装置Ｕの台数で除算して自装置の分担電流を求め、その分担電流を出力するように自装置を制御する。
図６は、順変換回路２１および逆変換回路２２の各々に含まれる電力変換回路の構成を示す回路図である。図６において、電力変換回路は、交流端子Ｔ１〜Ｔ３、中性点端子Ｔ４、直流端子Ｔ５〜Ｔ７、交流フィルタ１０、および半導体モジュール２５を含む。交流端子Ｔ１〜Ｔ３は、三相交流電圧を授受するために用いられる。順変換回路２１の中性点端子Ｔ４と逆変換回路２２の中性点端子Ｔ４とは互いに接続される。直流端子Ｔ５〜Ｔ７は、それぞれ正電圧、負電圧、および中性点電圧を授受するために用いられる。中性点電圧は、正電圧と負電圧の中間電圧である。
交流フィルタ１０は、図２で示した通りである。交流フィルタ１０は、低域通過フィルタであり、商用周波数の三相交流電力を通過させ、半導体モジュール２５で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。交流フィルタ１０の代わりに図３の交流フィルタ１０Ａを設けても構わない。
半導体モジュール２５は、トランジスタＱ１１〜Ｑ１６、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６、および交流スイッチＳ１〜Ｓ３を含む。トランジスタＱ１１〜Ｑ１６の各々は、たとえばＮチャネルＭＯＳトランジスタである。トランジスタＱ１１〜Ｑ１３のドレインはともに直流端子Ｔ５に接続され、それらのソースはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続される。トランジスタＱ１４〜Ｑ１６のドレインはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続され、それらのエミッタはともに直流端子Ｔ６に接続される。
ダイオードＤ１１〜Ｄ１６のアノードはそれぞれトランジスタＱ１１〜Ｑ１６のソースに接続され、それらのカソードはそれぞれトランジスタＱ１１〜Ｑ１６のドレインに接続される。すなわち、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれトランジスタＱ１１〜Ｑ１６に逆並列に接続される。
交流スイッチＳ１〜Ｓ３の各々は、トランジスタＱ１７，Ｑ１８およびダイオードＤ１７，Ｄ１８を含む。トランジスタＱ１７，Ｑ１８の各々は、たとえばＩＧＢＴである。スイッチＳ１〜Ｓ３のトランジスタＱ１７のエミッタはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続され、スイッチＳ１〜Ｓ３のトランジスタＱ１８のエミッタはともに直流端子Ｔ７に接続される。スイッチＳ１〜Ｓ３の各々において、トランジスタＱ１７，Ｑ１８のコレクタは互いに接続され、ダイオードＤ１７，Ｄ１８はそれぞれトランジスタＱ１７，Ｑ１８に逆並列に接続される。
トランジスタＱ１１〜Ｑ１８の各々は、制御回路２４によってＰＷＭ制御され、交流電源５１からの三相交流電圧に同期して所定のタイミングでオン／オフされる。たとえば、トランジスタＱ１１〜Ｑ１３は、三相交流電圧に同期して順次オン／オフされる。トランジスタＱ１１〜Ｑ１３がオンされている期間ではそれぞれトランジスタＱ１４〜Ｑ１６がオフされ、トランジスタＱ１１〜Ｑ１３がオフされている期間ではそれぞれトランジスタＱ１４〜Ｑ１６がオンされる。
順変換回路２１においては、交流端子Ｔ１〜Ｔ３は交流電源５１からの三相交流電圧を受け、直流端子Ｔ５は直流正母線Ｌ１の一方端に接続され、直流端子Ｔ６は直流負母線Ｌ２の一方端に接続され、直流端子Ｔ７は直流中性点母線Ｌ３の一方端に接続される。交流フィルタ１０は、交流電源５１から供給される商用周波数の三相交流電力を半導体モジュール２５に通過させ、半導体モジュール２５で発生するスイッチング周波数の信号が交流電源５１に通過することを防止する。
順変換回路２１においては半導体モジュール２５は、交流電源５１から交流フィルタ１０を介して供給される三相交流電圧に基づいて正電圧、負電圧、および中性点電圧を生成し、生成した正電圧、負電圧、および中性点電圧をそれぞれ直流端子Ｔ５〜Ｔ７に与える３レベルコンバータを構成する。
たとえば、交流端子Ｔ１の電圧が交流端子Ｔ２の電圧よりも高い場合は、トランジスタＱ１１およびスイッチＳ２のトランジスタＱ１７，Ｑ１８がオンされ、交流端子Ｔ１、交流フィルタ１０（リアクトル１１）、トランジスタＱ１１、直流端子Ｔ５，コンデンサＣ１１、直流端子Ｔ７、スイッチＳ２（トランジスタＱ１８，Ｑ１７）、交流フィルタ１０（リアクトル１２）、および交流端子Ｔ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１１が充電される。
交流端子Ｔ１の電圧が交流端子Ｔ３の電圧よりも高い場合は、スイッチＳ１のトランジスタＱ１７，Ｑ１８およびトランジスタＱ１６がオンされ、交流端子Ｔ１、交流フィルタ１０（リアクトル１１）、スイッチＳ１（トランジスタＱ１７，Ｑ１８）、直流端子Ｔ７，コンデンサＣ１２、直流端子Ｔ６、トランジスタＱ１６、交流フィルタ１０（リアクトル１３）、および交流端子Ｔ３の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１２が充電される。
逆変換回路２２においては、交流端子Ｔ１〜Ｔ３は負荷５２に接続され、直流端子Ｔ５は直流正母線Ｌ１の他方端に接続され、直流端子Ｔ６は直流負母線Ｌ２の他方端に接続され、直流端子Ｔ７は直流中性点母線Ｌ３の他方端に接続される。半導体モジュール２５は、順変換回路２１または双方向チョッパ２３から母線Ｌ１〜Ｌ３を介して供給される正電圧、負電圧、および中性点電圧に基づいて三相交流電圧を生成し、生成した三相交流電圧をそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に出力する３レベルインバータを構成する。半導体モジュール２５で生成される三相交流電圧の各々は、たとえば、正電圧、中性点電圧、負電圧、中性点電圧、正電圧、…と変化する３レベルの交流電圧である。
たとえば、トランジスタＱ１１およびスイッチＳ２のトランジスタＱ１７，Ｑ１８がオンされ、直流端子Ｔ５、トランジスタＱ１１、交流フィルタ１０（リアクトル１１）、交流端子Ｔ１、負荷５２、交流端子Ｔ２、交流フィルタ１０（リアクトル１２）、スイッチＳ２（トランジスタＱ１７，Ｑ１８）、および直流端子Ｔ７の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１１が放電される。
スイッチＳ１のトランジスタＱ１７，Ｑ１８およびトランジスタＱ１６がオンされ、直流端子Ｔ７、スイッチＳ１（トランジスタＱ１８，Ｑ１７）、交流フィルタ１０（リアクトル１１）、交流端子Ｔ１、負荷５２、交流端子Ｔ３、交流フィルタ１０（リアクトル１３）、トランジスタＱ１６、および直流端子Ｔ６の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１２が放電される。
逆変換回路２２においては交流フィルタ１０は、半導体モジュール２５によって生成された商用周波数の三相交流電圧を負荷５２に通過させ、半導体モジュール２０で発生するスイッチング周波数の信号が負荷５２に通過することを防止する。換言すると、逆変換回路２２の交流フィルタ１０は、半導体モジュール２５によって生成された三相の３レベル交流電圧を三相の正弦波状の交流電圧に変換して負荷５２に与える。
図７は、双方向チョッパ２３の構成を示す回路図である。図７において、双方向チョッパ２３は、直流端子Ｔ１１〜Ｔ１３、バッテリ端子Ｔ２１，Ｔ２２、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４、ノーマルモードリアクトル３０、およびヒューズＦ１，Ｆ２を含む。ノーマルモードリアクトル３０は、２つのコイル３１，３２を含む。直流端子Ｔ１１〜Ｔ１３は、それぞれ直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３にそれぞれ接続される。バッテリ端子Ｔ２１，Ｔ２２は、それぞれバッテリ５３の正極および負極に接続される。
トランジスタＱ２１〜Ｑ２４の各々は、たとえばＩＧＢＴである。トランジスタＱ２１，Ｑ２２は直流端子Ｔ１１，Ｔ１３間に直列接続され、トランジスタＱ２３，Ｑ２４は直流端子Ｔ１３，Ｔ１２間に直列接続される。ダイオードＤ２１〜Ｄ２４は、それぞれトランジスタＱ２１〜Ｑ２４に逆並列に接続される。
コイル３１の一方端子はトランジスタＱ２１のエミッタに接続され、その他方端子はヒューズＦ１を介してバッテリ端子Ｔ２１に接続される。コイル３２の一方端子はヒューズＦ２を介してバッテリ端子Ｔ２２に接続され、その他方端子はトランジスタＱ２３のエミッタに接続される。ヒューズＦ１，Ｆ２は、過電流が流れた場合にブローされ、バッテリ５３、双方向チョッパ２３などを保護する。
第１バッテリ充電モードでは、トランジスタＱ２２〜Ｑ２４がオフされるとともにトランジスタＱ２１がオンされる。これにより、直流端子Ｔ１１からトランジスタＱ２１、コイル３１、ヒューズＦ１、バッテリ５３、ヒューズＦ２、コイル３２、およびダイオードＤ２３を介して直流端子Ｔ１３に電流が流れ、コンデンサＣ１１が放電されてバッテリ５３が充電される。
第２バッテリ充電モードでは、トランジスタＱ２２，Ｑ２３がオフされるとともにトランジスタＱ２１，Ｑ２４がオンされる。これにより、直流端子Ｔ１１からトランジスタＱ２１、コイル３１、ヒューズＦ１、バッテリ５３、ヒューズＦ２、コイル３２、およびトランジスタＱ２４を介して直流端子Ｔ１２に電流が流れ、コンデンサＣ１１，Ｃ１２が放電されてバッテリ５３が充電される。
第３バッテリ充電モードでは、トランジスタＱ２１〜Ｑ２３がオフされるとともにトランジスタＱ２４がオンされる。これにより、直流端子Ｔ１３からダイオードＤ２２、コイル３１、ヒューズＦ１、バッテリ５３、ヒューズＦ２、コイル３２、およびトランジスタＱ２４を介して直流端子Ｔ１２に電流が流れ、コンデンサＣ１２が放電されてバッテリ５３が充電される。
第１バッテリ充電モードと第３バッテリ充電モードは、交互に行なわれる。第１バッテリ充電モードと第３バッテリ充電モードの間の期間では、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４がオフされ、コイル３１，３２に蓄えられた電磁エネルギーが放出されて、ダイオードＤ２２、コイル３１、ヒューズＦ１、バッテリ５３、ヒューズＦ２、コイル３２、およびダイオードＤ２３の経路に電流が流れ、バッテリ５３が充電される。第２バッテリ充電モードは、第１バッテリ充電モードと第３バッテリ充電モードが重なっているモードである。
第１バッテリ放電モードでは、トランジスタＱ２１，Ｑ２３，Ｑ２４がオフされるとともにトランジスタＱ２２がオンされる。これにより、バッテリ５３の正極からヒューズＦ１、コイル３１、トランジスタＱ２２、コンデンサＣ１２、ダイオードＤ２４、コイル３２、およびヒューズＦ２を介してバッテリ５３の負極に電流が流れ、バッテリ５３が放電されてコンデンサＣ１２が充電される。
第２バッテリ放電モードでは、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４がオフされる。これにより、バッテリ５３の正極からヒューズＦ１、コイル３１、ダイオードＤ２１、コンデンサＣ１１，Ｃ１２、ダイオードＤ２４、コイル３２、およびヒューズＦ２を介してバッテリ５３の負極に電流が流れ、コイル３１，３２に蓄えられた電磁エネルギーが放出されるとともにバッテリ５３が放電されてコンデンサＣ１１，Ｃ１２が充電される。
第３バッテリ放電モードでは、トランジスタＱ２１，Ｑ２２，Ｑ２４がオフされるとともにトランジスタＱ２３がオンされる。これにより、バッテリ５３の正電極からヒューズＦ１、コイル３１、ダイオードＤ２１、コンデンサＣ１１、トランジスタＱ２３、コイル３２、およびヒューズＦ２を介してバッテリ５３の負電極に電流が流れ、バッテリ５３が放電されてコンデンサＣ１１が充電される。
第１バッテリ放電モードと第３バッテリ放電モードは、交互に行なわれる。第１バッテリ放電モードと第３バッテリ放電モードの間の期間において、直流端子Ｔ１１，Ｔ１２間の電圧がバッテリ５３の端子間電圧よりも低下している場合は、第２バッテリ放電モードが行なわれる。
図５に戻って、無停電電源システムは、さらに、ヒューズＦ１１〜Ｆ１３，Ｆ２１〜Ｆ２３および配線Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３を備える。ヒューズＦ１１は、配線Ｌ１１を介して無停電電源装置Ｕ１，Ｕ２の直流正母線Ｌ１間に接続されている。ヒューズＦ１２は、配線Ｌ１２を介して無停電電源装置Ｕ１，Ｕ２の直流負母線Ｌ２間に接続されている。ヒューズＦ１３は、配線Ｌ１３を介して無停電電源装置Ｕ１，Ｕ２の直流中性点母線Ｌ３間に接続されている。ヒューズＦ２１は、配線Ｌ２１を介して無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の直流正母線Ｌ１間に接続されている。ヒューズＦ２２は、配線Ｌ２２を介して無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の直流負母線Ｌ２間に接続されている。ヒューズＦ２３は、配線Ｌ２３を介して無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の直流中性点母線Ｌ３間に接続されている。
ヒューズＦ１１，Ｆ２１および配線Ｌ１１，Ｌ２１は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流正母線Ｌ１を互いに接続し、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流正母線Ｌ１の電圧を一致させる。ヒューズＦ１２，Ｆ２２および配線Ｌ１２，Ｌ２２は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流負母線Ｌ２を互いに接続し、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流負母線Ｌ２の電圧を一致させる。ヒューズＦ１３，Ｆ２３および配線Ｌ１３，Ｌ２３は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流中性点母線Ｌ３を互いに接続し、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流中性点母線Ｌ３の電圧を一致させる。これにより、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の逆変換回路２２の入力電圧を一致させることができ、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の逆変換回路２２の出力端子間に流れる横流を小さな値に抑制することができる。
ヒューズＦ１１，Ｆ１３は、無停電電源装置Ｕ１１またはＵ１２の順変換回路２１、逆変換回路２２、双方向チョッパ２３などが故障して母線Ｌ１，Ｌ３間が短絡し、無停電電源装置Ｕ１１の母線Ｌ１，Ｌ３と無停電電源装置Ｕ１２の母線Ｌ１，Ｌ３との間に過電流が流れた場合にブローされ、無停電電源システムを保護する。
たとえば、無停電電源装置Ｕ１１の順変換回路２１の半導体モジュール２５に含まれるトランジスタＱ１１が故障して導通状態に固定された場合にスイッチＳ１のトランジスタＱ１７，Ｑ１８がオンされると、母線Ｌ１，Ｌ２間がトランジスタＱ１１，Ｑ１７，Ｑ１８によって短絡される。無停電電源装置Ｕ１１の母線Ｌ１，Ｌ３が短絡されると、たとえば無停電電源装置Ｕ１２のコンデンサＣ１１の正側電極からヒューズＦ１１、無停電電源装置Ｕ１１の短絡部（トランジスタＱ１１，Ｑ１７，Ｑ１８）、ヒューズＦ１３を介して無停電電源装置Ｕ１２のコンデンサＣ１１の負側電極に過電流が流れ、ヒューズＦ１１，Ｆ１３のうちの少なくともいずれか１つのヒューズがブローされて過電流が遮断される。
ヒューズＦ１２，Ｆ１３は、無停電電源装置Ｕ１１またはＵ１２の順変換回路２１、逆変換回路２２などが故障して母線Ｌ２，Ｌ３間が短絡し、無停電電源装置Ｕ１１の母線Ｌ２，Ｌ３と無停電電源装置Ｕ１２の母線Ｌ２，Ｌ３との間に過電流が流れた場合にブローされ、無停電電源システムを保護する。
ヒューズＦ１１，Ｆ１２は、無停電電源装置Ｕ１１またはＵ１２の順変換回路２１、逆変換回路２２などが故障して母線Ｌ１，Ｌ２間が短絡し、無停電電源装置Ｕ１１の母線Ｌ１，Ｌ２と無停電電源装置Ｕ１２の母線Ｌ１，Ｌ２との間に過電流が流れた場合にブローされ、無停電電源システムを保護する。
同様に、ヒューズＦ２１，Ｆ２３は、無停電電源装置Ｕ１２またはＵ１３の順変換回路２１、逆変換回路２２などが故障して母線Ｌ１，Ｌ３間が短絡し、無停電電源装置Ｕ１２の母線Ｌ１，Ｌ３と無停電電源装置Ｕ１３の母線Ｌ１，Ｌ３との間に過電流が流れた場合にブローされ、無停電電源システムを保護する。
ヒューズＦ２２，Ｆ２３は、無停電電源装置Ｕ１２またはＵ１３の順変換回路２１、逆変換回路２２などが故障して母線Ｌ２，Ｌ３間が短絡し、無停電電源装置Ｕ１２の母線Ｌ２，Ｌ３と無停電電源装置Ｕ１３の母線Ｌ２，Ｌ３との間に過電流が流れた場合にブローされ、無停電電源システムを保護する。
ヒューズＦ２１，Ｆ２２は、無停電電源装置Ｕ１２またはＵ１３の順変換回路２１、逆変換回路２２などが故障して母線Ｌ１，Ｌ２間が短絡し、無停電電源装置Ｕ１２の母線Ｌ１，Ｌ２と無停電電源装置Ｕ１３の母線Ｌ１，Ｌ２との間に過電流が流れた場合にブローされ、無停電電源システムを保護する。
無停電電源システムが正常である場合は、ヒューズＦ１１〜Ｆ１３，Ｆ２１〜Ｆ２３の各々に流れる電流は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々の定格電流よりも十分に小さい。このため、ヒューズＦ１１〜Ｆ１３，Ｆ２１〜Ｆ２３の各々の定格遮断電流値は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々の定格電流値よりも小さな値に選択されている。ヒューズＦに流れる電流が定格遮断電流値を超えると、ヒューズＦがブローされ、ヒューズＦに流れる電流が遮断される。
さらに、ヒューズＦ１１，Ｆ２１を直流正母線Ｌ１に接続するための配線Ｌ１１，Ｌ２１の許容電流値は、直流正母線Ｌ１の許容電流値よりも小さな値に選択されている。ヒューズＦ１２，Ｆ２２を直流負母線Ｌ２に接続するための配線Ｌ１２，Ｌ２２の許容電流値は、直流負母線Ｌ２の許容電流値よりも小さな値に選択されている。ヒューズＦ１３，Ｆ２３を直流中性点母線Ｌ３に接続するための配線Ｌ１３，Ｌ２３の許容電流値は、直流中性点母線Ｌ３の許容電流値よりも小さな値に選択されている。配線に流れる電流が許容電流値を超えると、配線が発熱する。
次に、この無停電電源システムの動作について説明する。交流電源５１から三相交流電力が正常に供給されている通常時は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の各々において、交流電源５１からの三相交流電力が順変換回路２１によって直流電力に変換される。順変換回路２１によって生成された直流電力は、双方向チョッパ２３によってバッテリ５３に蓄えられるとともに、逆変換回路２２によって三相交流電力に変換されて負荷５２に供給される。
交流電源５１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の各々において、順変換回路２１の運転が停止される。バッテリ５３の直流電力が双方向チョッパ２３を介して逆変換回路２２に供給され、三相交流電力に変換されて負荷５２に供給される。したがって、バッテリ５３に直流電力が蓄えられている期間は、負荷５２の運転を継続することができる。
この実施の形態２では、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流正母線Ｌ１が互いに接続され、それらの直流負母線Ｌ２が互いに接続され、それらの直流中性点母線Ｌ３が互いに接続され、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の逆変換回路２２に入力される直流電圧が均一にされているので、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の逆変換回路２２の出力端子間に流れる横流が小さな値に抑制される。
たとえば、無停電電源装置Ｕ１１の順変換回路２１が故障して母線Ｌ１，Ｌ３間が短絡された場合は、ヒューズＦ１１，Ｆ１３のうちの少なくとも１つのヒューズがブローされて無停電電源装置Ｕ１１の母線Ｌ１，Ｌ２と無停電電源装置Ｕ１２，Ｕ１３の母線Ｌ１，Ｌ２とが電気的に切り離される。したがって、並列接続された３台の無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３のうちの１台の無停電電源装置が故障した場合でも、他の無停電電源装置が故障することを防止することができ、無停電電源システムの故障範囲を狭く限定することができる。
さらに、ヒューズＦ１１〜Ｆ１３，Ｆ２１〜Ｆ２３の各々の定格遮断電流値は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の各々の定格電流値よりも小さな値に選択されている。ヒューズＦ１１，Ｆ２１を直流正母線Ｌ１に接続するための配線Ｌ１１，Ｌ２１の許容電流値は、直流正母線Ｌ１の許容電流値よりも小さな値に選択されている。ヒューズＦ１２，Ｆ２２を直流負母線Ｌ２に接続するための配線Ｌ１２，Ｌ２２の許容電流値は、直流負母線Ｌ２の許容電流値よりも小さな値に選択されている。ヒューズＦ１３，Ｆ２３を直流中性点母線Ｌ３に接続するための配線Ｌ１３，Ｌ２３の許容電流値は、直流負母線Ｌ２の許容電流値よりも小さな値に選択されている。したがって、安価で小型のヒューズＦを使用し、安価で細い配線Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３を使用することができ、装置の小型化、低コスト化、配線作業の簡単化を図ることができる。
なお、この実施の形態２では、並列接続された３台の無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３を備えた無停電電源システムに本願発明が適用された場合について説明したが、これに限るものではなく、本願発明は並列接続されたＮ台の無停電電源装置を備えた無停電電源システムに適用可能であることは言うまでもない。Ｎは２以上の整数である。この場合、第ｎの無停電電源装置Ｕ１ｎの直流正母線Ｌ１と第（ｎ＋１）の無停電電源装置Ｕ１（ｎ＋１）の直流正母線Ｌ１との間にヒューズＦｎ１が接続され、第ｎの無停電電源装置Ｕ１ｎの直流負母線Ｌ２と第（ｎ＋１）の無停電電源装置Ｕ１（ｎ＋１）の直流負母線Ｌ２との間にヒューズＦｎ２が接続され、第ｎの無停電電源装置Ｕ１ｎの直流中性点母線Ｌ３と第（ｎ＋１）の無停電電源装置Ｕ１（ｎ＋１）の直流中性点母線Ｌ３との間にヒューズＦｎ３が接続される。ｎは１以上で（Ｎ−１）以下の整数である。
さらに、この実施の形態２では、２本の直流正母線Ｌ１間にヒューズＦｎ１を接続し、２本の直流負母線Ｌ２間にヒューズＦｎ２を接続し、２本の直流中性点母線Ｌ３間にヒューズＦｎ３を接続したが、これに限るものではなく、３つのヒューズＦ１ｎ，Ｆｎ２，Ｆｎ３のうちのいずれか１つのヒューズＦを単なる配線で置換しても構わない。たとえば、２本の直流正母線Ｌ１間にヒューズＦｎ１を接続し、２本の直流負母線Ｌ２間にヒューズＦｎ２を接続し、２本の直流中性点母線Ｌ３間を配線Ｌｎ３のみで接続してもよい。あるいは、２本の直流正母線Ｌ１間にヒューズＦｎ１を接続し、２本の直流負母線Ｌ２間を配線Ｌｎ２のみで接続し、２本の直流中性点母線Ｌ３間にヒューズＦｎ３を接続してもよい。あるいは、２本の直流正母線Ｌ１間を配線Ｌｎ１のみで接続し、２本の直流負母線Ｌ２間にヒューズＦｎ２を接続し、２本の直流中性点母線Ｌ３間にヒューズＦｎ３を接続してもよい。
さらに、この実施の形態２では、複数の無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３を備えた無停電電源システムについて説明したが、無停電電源装置を電力変換回路、電力変換部、無停電電源回路、または無停電電源部と換言し、無停電電源システムを無停電電源装置と換言しても良いことは言うまでもない。複数の無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３は別々の筐体に収容されていてもよいし、複数の無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３が１つの筐体に収容されていても構わない。
図８は、実施の形態２の変更例となる無停電電源システムの要部を示す回路ブロック図であって、図６と対比される図である。この変更例が実施の形態２と異なる点は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の各々の順変換回路２１が順変換回路３５で置換されている点である。図８において、順変換回路３５は、交流端子Ｔ１〜Ｔ３、中性点端子Ｔ４、直流端子Ｔ５〜Ｔ７、交流フィルタ１０、および半導体モジュール３６を含む。交流端子Ｔ１〜Ｔ３は、交流電源５１から供給される三相交流電圧を受ける。中性点端子Ｔ４は、逆変換回路２２の中性点端子Ｔ４に接続される。直流端子Ｔ５〜Ｔ７は、それぞれ直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３の一方端に接続される。
交流フィルタ１０は、図２で示した通りである。交流フィルタ１０は、低域通過フィルタであり、交流電源５１から供給される商用周波数の三相交流電力を半導体モジュール３６に通過させ、半導体モジュール３６で発生するスイッチング周波数の信号が交流電源５１側に通過することを防止する。交流フィルタ１０の代わりに図３の交流フィルタ１０Ａを設けても構わない。
半導体モジュール３６は、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６および交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３を含む。ダイオードＤ１１〜Ｄ１３のアノードはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続され、それらのカソードはともに直流端子Ｔ５に接続される。ダイオードＤ１４〜Ｄ１６のアノードはともに直流端子Ｔ６に接続され、それらのカソードはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続される。
交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３の各々は、トランジスタＱ３１およびダイオードＤ３１〜Ｄ３４を含む。交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３のダイオードＤ３１のアノードはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続され、それらのダイオードＤ３２のアノードはともに直流端子Ｔ７に接続される。交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３のダイオードＤ３３のカソードはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続され、それらのダイオードＤ３４のカソードはともに直流端子Ｔ７に接続される。交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３の各々において、ダイオードＤ３１，Ｄ３２のカソードは互いに接続され、ダイオードＤ３３，Ｄ３４のアノードは互いに接続され、トランジスタＱ３１のドレインはダイオードＤ３１，Ｄ３２のカソードに接続され、トランジスタＱ３１のソースはダイオードＤ３３，Ｄ３４のアノードに接続される。
交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３のトランジスタＱ３１の各々は、制御回路２４によってＰＷＭ制御され、交流電源５１からの三相交流電圧に同期して所定のタイミングでオン／オフされる。たとえば、交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３のトランジスタＱ３１は、三相交流電圧に同期して順次オン／オフされる。半導体モジュール３６は、交流電源５１から交流フィルタ１０を介して供給される三相交流電圧に基づいて正電圧、負電圧、および中性点電圧を生成し、生成した正電圧、負電圧、および中性点電圧をそれぞれ直流端子Ｔ５〜Ｔ７に与える３レベルコンバータを構成する。
たとえば、交流端子Ｔ１の電圧が交流端子Ｔ２の電圧よりも高い場合は、スイッチＳ１２のトランジスタＱ３１がオンされ、交流端子Ｔ１、交流フィルタ１０（リアクトル１１）、ダイオードＤ１１、直流端子Ｔ５、コンデンサＣ１１、直流端子Ｔ７、交流スイッチＳ１２（ダイオードＤ３２、トランジスタＱ３１、ダイオードＤ３３）、交流フィルタ１０（リアクトル１２）、および交流端子Ｔ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１１が充電される。
交流端子Ｔ１の電圧が交流端子Ｔ３の電圧よりも高い場合は、スイッチＳ１１のトランジスタＱ３１がオンされ、交流端子Ｔ１、交流フィルタ１０（リアクトル１１）、スイッチＳ１１（ダイオードＤ３１、トランジスタＱ３１、ダイオードＤ３４）、直流端子Ｔ７，コンデンサＣ１２、直流端子Ｔ６、ダイオードＤ１６、交流フィルタ１０（リアクトル１３）、および交流端子Ｔ３の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１２が充電される。
他の構成および動作は実施の形態２と同じであるので、その説明は繰り返さない。この変更例では、実施の形態２と同じ効果が得られる他、順変換回路３５の構成および制御を簡単化することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Ｕ１〜Ｕ３，Ｕ１１〜Ｕ１３ 無停電電源装置、１，２１，３５ 順変換回路、２，２２ 逆変換回路、３，２３ 双方向チョッパ、４，２４ 制御回路、５ 通信回線、Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３ 配線、Ｌ１ 直流正母線、Ｌ２ 直流負母線、Ｌ３ 直流中性点母線、Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２，１４〜１６ コンデンサ、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ１１〜Ｆ１３，Ｆ２１〜Ｆ２３ ヒューズ、Ｔ１〜Ｔ３ 交流端子、Ｔ４ 中性点端子、Ｔ５〜Ｔ７，Ｔ１１〜Ｔ１３ 直流端子、Ｔ２１，Ｔ２２ バッテリ端子、１０，１０Ａ 交流フィルタ、１１〜１３，２１ リアクトル、２０，２５，３６ 半導体モジュール、Ｑ１〜Ｑ８，Ｑ１１〜Ｑ１８，Ｑ２１〜Ｑ２４，Ｑ３１ トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ１１〜Ｄ１８，Ｄ２１〜Ｄ２４，Ｄ３１〜Ｄ３４ ダイオード、Ｓ１〜Ｓ３，Ｓ１１〜Ｓ１３ 交流スイッチ、３０ ノーマルモードリアクトル、３１，３２ コイル。

Claims (8)

  1. 電力変換システムであって、
    負荷に対して並列接続される第１〜第Ｎの電力変換装置と、
    第１〜第（Ｎ−１）のヒューズとを備え、Ｎは２以上の整数であり、
    各電力変換装置は、
    交流電圧を直流電圧に変換する順変換回路と、
    直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷に与える逆変換回路と、
    前記順変換回路から前記逆変換回路に直流電圧を供給するための直流母線と、
    前記直流母線に接続され、直流電圧を平滑化させるコンデンサとを含み、
    第ｎのヒューズは、第ｎの電力変換装置の前記直流母線と第（ｎ＋１）の電力変換装置の前記直流母線との間に接続され、ｎは１以上で（Ｎ−１）以下の整数である、電力変換システム。
  2. 前記第ｎのヒューズは、前記第ｎまたは第（ｎ＋１）の電力変換装置が故障した場合に、前記第ｎの電力変換装置の前記直流母線と前記第（ｎ＋１）の電力変換装置の前記直流母線との間に流れる電流によってブローされる、請求項１に記載の電力変換システム。
  3. 前記第ｎのヒューズの定格遮断電流値は、前記第ｎおよび第（ｎ＋１）の電力変換装置の各々の定格電流値よりも小さい、請求項１または請求項２に記載の電力変換システム。
  4. さらに、それぞれ前記第１〜第（Ｎ−１）のヒューズに対応して設けられた第１〜第（Ｎ−１）の配線を備え、
    前記第ｎのヒューズは、前記第ｎの電力変換装置の前記直流母線と前記第（ｎ＋１）の電力変換装置の前記直流母線との間に第ｎの配線によって接続され、
    前記第ｎの配線の許容電流値は前記直流母線の許容電流値よりも小さい、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電力変換システム。
  5. 各電力変換装置は２本の直流母線を含み、
    前記コンデンサは前記２本の直流母線の間に接続され、
    前記順変換回路は、直流電圧として正電圧および負電圧を生成し、生成した前記正電圧および前記負電圧をそれぞれ前記２本の直流母線を介して前記逆変換回路に与え、
    前記逆変換回路は、前記正電圧および前記負電圧に基づいて交流電圧を生成し、生成した交流電圧を前記負荷に与え、
    前記電力変換システムは２組の第１〜第（Ｎ−１）のヒューズを備え、
    ２本の第ｎのヒューズの一方端子は前記第ｎの電力変換装置の前記２本の直流母線にそれぞれ接続され、前記２本の第ｎのヒューズの他方端子は前記第（ｎ＋１）の電力変換装置の前記２本の直流母線にそれぞれ接続されている、請求項１に記載の電力変換システム。
  6. 各電力変換装置は３本の直流母線と２つのコンデンサを含み、
    前記順変換回路は、直流電圧として正電圧、中性点電圧、および負電圧を生成し、生成した前記正電圧、前記中性点電圧、および前記負電圧をそれぞれ前記３本の直流母線を介して前記逆変換回路に与え、
    前記逆変換回路は、前記正電圧、前記中性点電圧、および前記負電圧に基づいて交流電圧を生成し、生成した交流電圧を前記負荷に与え、
    前記２つのコンデンサの一方電極は前記正電圧および前記中性点電圧を供給するための２本の直流母線にそれぞれ接続され、前記２つのコンデンサの他方電極は前記中性点電圧および前記負電圧を供給するための２本の直流母線にそれぞれ接続され、
    前記電力変換システムは３組の第１〜第（Ｎ−１）のヒューズを備え、
    ３つの第ｎのヒューズの一方端子は前記第ｎの電力変換装置の前記３本の直流母線にそれぞれ接続され、前記３つの第ｎのヒューズの他方端子は前記第（ｎ＋１）の電力変換装置の前記３本の直流母線にそれぞれ接続されている、請求項１に記載の電力変換システム。
  7. 交流電源から交流電力が供給されている通常時は、前記交流電源からの交流電力が前記順変換回路によって直流電力に変換され、その直流電力が電力貯蔵装置に供給されるとともに前記逆変換回路によって交流電力に変換されて前記負荷に供給され、
    前記交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、前記電力貯蔵装置の直流電力が前記逆変換回路によって交流電力に変換されて前記負荷に供給される、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の電力変換システム。
  8. 各前記電力変換装置は、さらに、前記通常時は、前記順変換回路によって生成された直流電力を前記電力貯蔵装置に供給し、前記停電時は、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記逆変換回路に供給する双方向チョッパを含む、請求項７に記載の電力変換システム。
JP2015136828A 2015-07-08 2015-07-08 電力変換システム Active JP6416707B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015136828A JP6416707B2 (ja) 2015-07-08 2015-07-08 電力変換システム
US15/000,332 US10044286B2 (en) 2015-07-08 2016-01-19 Power conversion system including plurality of power converters connected in parallel to load

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015136828A JP6416707B2 (ja) 2015-07-08 2015-07-08 電力変換システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017022815A true JP2017022815A (ja) 2017-01-26
JP6416707B2 JP6416707B2 (ja) 2018-10-31

Family

ID=57731600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015136828A Active JP6416707B2 (ja) 2015-07-08 2015-07-08 電力変換システム

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10044286B2 (ja)
JP (1) JP6416707B2 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018007377A (ja) * 2016-06-30 2018-01-11 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム
WO2019082297A1 (ja) * 2017-10-25 2019-05-02 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
WO2019097605A1 (ja) * 2017-11-15 2019-05-23 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム
WO2019123608A1 (ja) * 2017-12-21 2019-06-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム
JP2020518213A (ja) * 2017-04-18 2020-06-18 キロワット ラブス インコーポレイテッド エネルギーを統合し供給する装置および方法
CN111953385A (zh) * 2020-09-18 2020-11-17 天津工业大学 一种基于开关纹波调制的电源线通信电路及方法
JP7390393B2 (ja) 2019-03-12 2023-12-01 エスエムエイ ソーラー テクノロジー アクティエンゲゼルシャフト バッテリインバータシステム

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6348460B2 (ja) * 2015-07-08 2018-06-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム
DE102018105173B3 (de) * 2018-03-07 2019-06-19 Framatome Gmbh Modular aufgebaute Einschubwandlereinheit sowie Leittechnikstromversorgungssystem für ein Kernkraftwerk
JP6682049B1 (ja) * 2019-06-25 2020-04-15 三菱電機株式会社 電力変換装置
CN114362335A (zh) * 2020-10-13 2022-04-15 台达电子工业股份有限公司 应用于固态变压器的电源转换架构及相应的充电系统
CN115398790A (zh) * 2021-03-05 2022-11-25 东芝三菱电机产业系统株式会社 电力变换器
US11374501B1 (en) * 2021-03-26 2022-06-28 Product Development Associates, Inc. Phase balancer including power conversion circuits

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007074823A (ja) * 2005-09-07 2007-03-22 Fuji Electric Systems Co Ltd 電力変換装置
WO2013127575A1 (en) * 2012-02-29 2013-09-06 Abb Technology Ltd A dc-power system with system protection capabilities
JP2013247724A (ja) * 2012-05-24 2013-12-09 Hitachi Ltd 無停電電源装置、無停電電源装置の制御方法
US20140192570A1 (en) * 2011-07-14 2014-07-10 Vestas Wind Systems A/S Power generation system and method for operating a power generation system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7088601B2 (en) * 2004-01-23 2006-08-08 Eaton Power Quality Corporation Power conversion apparatus and methods using DC bus shifting
US7952896B2 (en) * 2008-08-20 2011-05-31 Hamilton Sundstrand Corporation Power conversion architecture with zero common mode voltage
JP6294187B2 (ja) * 2014-08-22 2018-03-14 株式会社日立製作所 無停電電源装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007074823A (ja) * 2005-09-07 2007-03-22 Fuji Electric Systems Co Ltd 電力変換装置
US20140192570A1 (en) * 2011-07-14 2014-07-10 Vestas Wind Systems A/S Power generation system and method for operating a power generation system
WO2013127575A1 (en) * 2012-02-29 2013-09-06 Abb Technology Ltd A dc-power system with system protection capabilities
JP2013247724A (ja) * 2012-05-24 2013-12-09 Hitachi Ltd 無停電電源装置、無停電電源装置の制御方法

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018007377A (ja) * 2016-06-30 2018-01-11 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム
JP2020518213A (ja) * 2017-04-18 2020-06-18 キロワット ラブス インコーポレイテッド エネルギーを統合し供給する装置および方法
WO2019082297A1 (ja) * 2017-10-25 2019-05-02 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
JPWO2019082297A1 (ja) * 2017-10-25 2020-02-06 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
JPWO2019097605A1 (ja) * 2017-11-15 2020-10-22 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム
WO2019097605A1 (ja) * 2017-11-15 2019-05-23 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム
US10951125B2 (en) 2017-11-15 2021-03-16 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Supression of cross current in a plural converter system
WO2019123608A1 (ja) * 2017-12-21 2019-06-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム
KR20200098653A (ko) * 2017-12-21 2020-08-20 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 전력 변환 시스템
JPWO2019123608A1 (ja) * 2017-12-21 2020-04-16 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換システム
US11368101B2 (en) 2017-12-21 2022-06-21 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Power conversion system
KR102421840B1 (ko) * 2017-12-21 2022-07-15 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 전력 변환 시스템
JP7390393B2 (ja) 2019-03-12 2023-12-01 エスエムエイ ソーラー テクノロジー アクティエンゲゼルシャフト バッテリインバータシステム
CN111953385A (zh) * 2020-09-18 2020-11-17 天津工业大学 一种基于开关纹波调制的电源线通信电路及方法
CN111953385B (zh) * 2020-09-18 2023-11-14 天津工业大学 一种基于开关纹波调制的电源线通信电路及方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10044286B2 (en) 2018-08-07
JP6416707B2 (ja) 2018-10-31
US20170012549A1 (en) 2017-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6416707B2 (ja) 電力変換システム
JP6348460B2 (ja) 電力変換システム
US10790743B2 (en) Individual module, electrical converter system, and battery system
US7602626B2 (en) Power conversion apparatus
KR102421840B1 (ko) 전력 변환 시스템
JP6450019B2 (ja) 無停電電源装置
JP6546126B2 (ja) 電力変換システム
WO2020165954A1 (ja) 電力変換装置、および電力変換システム
DK2807738T3 (en) Multicell CONVERT
JP6790853B2 (ja) 電力変換装置の制御方法
CN109075719B (zh) 转换器以及使用该转换器的电力转换装置
EP3082238B1 (en) Switch module and converter with at least one switch module
KR20200096719A (ko) 반도체 단락 회로 전도 손실을 감소시키기 위한 3-레벨 펄스 폭 변조 기술
Patra et al. A new series connected switched sources based multilevel inverter topology with reduced device count
Pribadi et al. Reconfiguration of Four-Level Active Neutral-Point-Clamped Inverters for Fault-Tolerant Operation
JP6396013B2 (ja) 無停電電源システム
JP6092737B2 (ja) 無停電電源システム
KR102453339B1 (ko) 고장 회피 회로를 가지는 멀티레벨 인버터
JP5989623B2 (ja) 無停電電源システム
JP6034267B2 (ja) 無停電電源システム
JP6062346B2 (ja) 無停電電源システム
Lentijo Relative MTTF evaluation for present and future MV VFD topologies on ships

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170810

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180518

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180529

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180730

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20181002

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181004

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6416707

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250