JP6436863B2 - 無停電電源装置および無停電電源システム - Google Patents

Description

この発明は、交流電源からの交流電力を負荷に供給するとともに、交流電源の電圧低下時には蓄電部に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して負荷へ供給する無停電電源装置を、複数台接続して連動運転する無停電電源システムに関するものである。

従来、無停電電源装置の出力容量増加や冗長化を目的として複数台の無停電電源装置を並列接続して連動運転されるものが提案されている。（例えば、特許文献１）
また、高い信頼性を得るために複数台の無停電電源装置に対して１台のバックアップ用無停電電源装置を設けたものが提案されている。（例えば、特許文献２）
一方、１台の無停電電源装置ではあるがバックアップ動作を開始したとき、電源線を介してバックアップ動作の開始を電圧の周波数を変えることによって負荷の設備機器に通知して、負荷の設備機器が省電力運転をすることでバックアップ時間を延ばすものが提案されている。（例えば、特許文献３）

特開平５−８３８６２号公報 特開２００６−２８８１４２号公報 特開２０１４−５７３８４号公報

従来の無停電電源装置においては、出力容量増加や冗長化による信頼性の向上のために複数台の無停電電源装置を接続する場合には、連動制御するための通信線や装置の接続を切換える切換手段などが別途必要であるという課題があった。

この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、複数台の無停電電源装置を接続する場合であっても、連動制御するための通信線や装置の接続を切換える切換手段などを別途設ける必要がなく、連動によるバックアップ時間を延ばすことが可能な無停電電源装置、およびその無停電電源装置を複数台接続した無停電電源システムを提供することを目的とする。

この発明に係る無停電電源装置は、上位の無停電電源装置の出力側に下位の無停電電源装置が縦列接続された無停電電源システムを構成するため、前記上位の無停電電源装置および前記下位の無停電電源装置のいずれにも用いることができる無停電電源装置であって、交流電源の交流電力を直流電力に変換して直流電源部に与えるコンバータ部と、前記直流電源部の直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ部と、前記交流電源の電圧正常時に前記直流電源部の直流電力を蓄電部に充電させるとともに前記交流電源の電圧低下時に前記蓄電部に蓄えられた直流電力を前記直流電源部に放電する充放電部と、前記コンバータ部および前記インバータ部ならびに前記充放電部の動作を制御するとともに、当該無停電電源装置を前記上位の無停電電源装置として機能させるための上位モードか、前記下位の無停電電源装置として機能させるための下位モードかに設定するための制御回路と、を備え、前記制御回路が前記上位モードに設定された場合、前記交流電源または前記蓄電部の状態に応じて、前記インバータ部の出力電圧を２種類のパターンに変化させ、前記制御回路が前記下位モードに設定された場合、入力された交流電力に前記２種類のパターンのうちのいずれかのパターンの電圧変化を検出したとき、検出したパターンの種類に応じて、少なくとも一部の動作を停止する消費電力抑制動作の開始または終了を行うことを特徴とするものである。

この発明によれば、上位の無停電電源装置の出力側に下位の無停電電源装置が縦列接続された無停電電源システムを構成するため、上位の無停電電源装置および下位の無停電電源装置のいずれにも用いることができる無停電電源装置であって、制御回路は、上位モードに設定された場合、交流電源または蓄電部の状態に応じて、インバータ部の出力電圧を２種類のパターンに変化させ、下位モードに設定された場合、入力された交流電力に２種類のパターンのうちのいずれかのパターンの電圧変化を検出したとき、検出したパターンの種類に応じて、少なくとも一部の動作を停止する消費電力抑制動作の開始または終了を行うので、制御回路の設定を変えるだけでよく、連動制御によるバックアップ時間を延ばすことが可能な無停電電源装置を得ることができる効果がある。

この発明の実施の形態１における無停電電源装置を使用した無停電電源システムの一例を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の交流電源の電圧が正の時のインバータ部正側コンデンサの充電動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の交流電源の電圧が正の時のインバータ部正側コンデンサの充電動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の交流電源の電圧が負の時のインバータ部負側コンデンサの充電動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の交流電源の電圧が負の時のインバータ部負側コンデンサの充電動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の蓄電部への充電動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の蓄電部への充電動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の蓄電部からの放電によりインバータ部正側コンデンサを充電する動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の蓄電部からの放電によりインバータ部正側コンデンサを充電する動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の蓄電部からの放電によりインバータ部負側コンデンサを充電する動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の蓄電部からの放電によりインバータ部負側コンデンサを充電する動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置のインバータ部負側コンデンサの電圧がインバータ部正側コンデンサの電圧よりも高い場合のバランス部の動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置のインバータ部負側コンデンサの電圧がインバータ部正側コンデンサの電圧よりも高い場合のバランス部の動作を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の停電補償連動開始時の上位モードの無停電電源装置の出力電圧と出力電流を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の停電補償連動終了時の上位モードの無停電電源装置の出力電圧と出力電流を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の上位モードの無停電電源装置と下位モードの無停電電源装置の連動動作を説明する説明図である。

以下、この発明の実施の形態について説明するが、各図において同一、または相当部分については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における無停電電源装置を使用した無停電電源システムの一例を示す概略構成図、図２はこの発明の実施の形態１における無停電電源装置を示す構成図である。

図１において、上位モード（後で詳細に説明する）に設定された無停電電源装置１の入
力側に交流電源２が接続されており、出力側には電源ケーブル３によって下位モード（後で詳細に説明する）に設定された無停電電源装置１０１が接続され、その出力側は負荷４に接続されている。無停電電源装置１の入力側と出力側はバイパス線５およびバイパススイッチ６によりバイパス接続されている。交流電源２から入力された交流電力はコンバータ部１０で直流電力に変換され、直流電源部３６に与えられ、インバータ部２０によって直流電源部３６の直流電力を交流電力に変換して出力側から出力する。また、コンバータ部１０の出力である直流電源部３６から、充放電部４６を介して蓄電部５０に直流電力が充放電される。制御回路６０は入力電圧センサ６１や出力電流センサ６４などの各種センサの検出値を入力して、バイパススイッチ６などのスイッチの開閉制御およびコンバータ部１０とインバータ部２０と充放電部４６の動作を制御する。設定部６５は制御回路６０が上位モードまたは下位モードあるいは単独モードのいずれのモードで動作するかを設定するものであり、上位モードでの制御回路６０はインバータ部２０の出力電圧を所定パターンで変化させることにより、例えば下位モードに設定された無停電電源装置１０１に対して連動制御の開始終了を指令し、下位モードでの制御回路６０は入力された交流電力に所定パターンの電圧変化を検出したとき少なくとも一部の動作を停止する消費電力抑制動作の開始終了を行う。また、単独モードは一台のみで使用される場合に設定される。

なお、図１に示す設定部１６５により下位モードに設定された制御回路１６０を有する無停電電源装置１０１（以下、下位モードの無停電電源装置１０１と称す）の構成も、設定部６５により上位モードに設定された制御回路６０を有する無停電電源装置１（以下、上位モードの無停電電源装置１と称す）の構成と同様であり、上位モードの無停電電源装置１の各部の符号に１００を加えた符号を下位モードの無停電電源装置１０１に付しており、下位モードの無停電電源装置１０１に対する構成の説明については省略する。また、図１においては交流電源２と負荷４との間に２台の無停電電源装置１，１０１を縦列（シリアル）接続した場合について図示しているが、３台以上の複数台の無停電電源装置を縦列接続してもよく、同様である。さらに、図面の煩雑化を避けるため、図１では制御回路６０からコンバータ部１０やインバータ部２０などへの制御線の記述を省略している。

次に図２にもとづき本発明に使用される無停電電源装置の詳細構成について説明する。なお、上位モードの無停電電源装置１と下位モードの無停電電源装置１０１は同様構成のため、以下の詳細説明においては上位モードの無停電電源装置１で説明する。無停電電源装置１は、入力側の一端と出力側の一端を接続する共通線７と、入力側の他端と出力側の他端をバイパス接続するバイパス線５およびバイパススイッチ６と、同極性に直列接続された接続点が入力側の他端に接続された一対の正側逆流防止ダイオード１８および負側逆流防止ダイオード１９と、正側逆流防止ダイオード１８のカソードに接続され直流の正極側となる正極側電圧線８と、負側逆流防止ダイオード１９のアノードに接続され直流の負極側となる負極側電圧線９と、入力側に接続された交流電源２に対して並列接続され交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータ部１０と、共通線７と正極側電圧線８および負極側電圧線９に接続され直流電力を交流電力に変換して出力側の他端に出力するインバータ部２０と、インバータ部２０よりも入力側で共通線７と正極側電圧線８および負極側電圧線９に接続されインバータ部２０のインバータ部正側コンデンサ２１とインバータ部負側コンデンサ２２との間で電荷を移動させるバランス部３０と、負極側が共通線７に接続されており交流電源２の停電時には予め蓄えられている直流電力を供給する蓄電部５０と、蓄電部５０の正極側と共通線７および負極側電圧線９に接続された負極側昇降圧部４０と、無停電電源装置１の動作を制御する制御回路６０と、制御回路６０に対して上位モードまたは下位モードあるいは単独モードのいずれのモードで動作するかを設定する設定部６５を有している。

なお、図１に示す直流電源部３６は、図２に示すインバータ部正側コンデンサ２１とインバータ部負側コンデンサ２２とバランス部３０であり、図１に示す充放電部４６は、図２に示す負極側昇降圧部４０とコンバータ部１０の一部の機能（蓄電部５０に蓄電されている直流電力を直流電源部３６へ放電するために使用する機能）が相当する。
入力側に接続された交流電源２とコンバータ部１０との間には、交流電源２と並列に接続された入力側コンデンサ１６と、入力側コンデンサ１６とフィルタ回路を構成する入力側リアクトル１７が設けられており、入力側コンデンサ１６と入力側リアクトル１７の間には交流電源２からの入力と蓄電部５０からの出力を切換える切換スイッチ５３が設けられ、切換スイッチ５３と蓄電部５０の正極との間には蓄電部運転スイッチ５４が接続されている。
また、出力側に接続された負荷４と並列に出力側コンデンサ２７が接続されており、インバータ部２０の出力線に直列接続された出力側リアクトル２８とでフィルタ回路を形成している。

コンバータ部１０は、コンバータ部第一ダイオード１１，コンバータ部第二ダイオード１２，コンバータ部第三ダイオード１３，コンバータ部第四ダイオード１４の４個のダイオードによりダイオードブリッジが構成されており、このダイオードブリッジと並列接続されたコンバータ部半導体スイッチ１５とにより構成されている。なお、正極側電圧線８に設けられた正側逆流防止ダイオード１８および負極側電圧線９に設けられた負側逆流防止ダイオード１９もコンバータ部１０の一部であり、コンバータ部１０は交流電源２から入力された交流電力を直流電力に変換して正極側電圧線８および負極側電圧線９に与えるものである。

インバータ部２０は、共通線７と正極側電圧線８との間に接続されたインバータ部正側コンデンサ２１と、共通線７と負極側電圧線９との間に接続されたインバータ部負側コンデンサ２２と、コレクタが正極側電圧線８に接続されたインバータ部正側半導体スイッチ２３と、インバータ部正側半導体スイッチ２３と逆並列接続されたインバータ部正側ダイオード２４と、コレクタがインバータ部正側半導体スイッチ２３のエミッタに接続されエミッタが負極側電圧線９に接続されたインバータ部負側半導体スイッチ２５と、インバータ部負側半導体スイッチ２５と逆並列接続されたインバータ部負側ダイオード２６とにより構成されており、インバータ部正側コンデンサ２１とインバータ部負側コンデンサ２２に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して出力する。

バランス部３０は、コレクタが正極側電圧線８に接続されたバランス部正側半導体スイッチ３１と、バランス部正側半導体スイッチ３１と逆並列接続されたバランス部正側ダイオード３２と、コレクタがバランス部正側半導体スイッチ３１のエミッタに接続されエミッタが負極側電圧線９に接続されたバランス部負側半導体スイッチ３３と、バランス部負側半導体スイッチ３３と逆並列接続されたバランス部負側ダイオード３４と、一端がバランス部正側半導体スイッチ３１のエミッタおよびバランス部負側半導体スイッチ３３のコレクタに接続され他端が共通線７に接続されたバランス部リアクトル３５により構成されている。

負極側昇降圧部４０は、コレクタが蓄電部５０の正極側に接続された負極側昇降圧部正側半導体スイッチ４１と、負極側昇降圧部正側半導体スイッチ４１と逆並列接続された負極側昇降圧部正側ダイオード４２と、コレクタが負極側昇降圧部正側半導体スイッチ４１のエミッタに接続されエミッタが負極側電圧線９に接続された負極側昇降圧部負側半導体スイッチ４３と、負極側昇降圧部負側半導体スイッチ４３と逆並列接続された負極側昇降圧部負側ダイオード４４と、一端が負極側昇降圧部正側半導体スイッチ４１のエミッタおよび負極側昇降圧部負側半導体スイッチ４３のコレクタに接続され他端が共通線７に接続された負極側昇降圧部リアクトル４５により構成されている。

制御回路６０は、インバータ部正側コンデンサ２１およびインバータ部負側コンデンサ２２の電圧を検出する電圧検出器２９と、蓄電部５０の電圧を検出する蓄電部電圧検出センサ５１と、蓄電部５０に流れる電流を検出する蓄電部電流検出センサ５２と、入力側に接続された交流電源２の電圧を検出する入力電圧センサ６１と、入力電流を検出する入力電流センサ６２と、出力側に接続された負荷４に出力する電圧を検出する出力電圧センサ６３と、出力電流を検出する出力電流センサ６４からの検出値を入力して、バイパススイッチ６の開閉制御と、切換スイッチ５３の切換制御と、蓄電部運転スイッチ５４の開閉制御と、コンバータ部半導体スイッチ１５の導通制御と、インバータ部正側半導体スイッチ２３の導通制御と、インバータ部負側半導体スイッチ２５の導通制御と、バランス部正側半導体スイッチ３１の導通制御と、バランス部負側半導体スイッチ３３の導通制御と、負極側昇降圧部正側半導体スイッチ４１の導通制御と、負極側昇降圧部負側半導体スイッチ４３の導通制御を適宜実施して無停電電源装置１の運転状態を制御する。

次に無停電電源装置１の上位モードと下位モードおよび単独モード共通の基本動作について説明する。
通常運転時はバイパススイッチ６が開成されており、切換スイッチ５３を図２に示すａ側にしてコンバータ部１０に入力してコンバータ部１０により直流電力に変換する。コンバータ部１０により変換された直流電力はインバータ部正側コンデンサ２１とインバータ部負側コンデンサ２２に与えられて、インバータ部２０によって交流電力に変換されて出力側から負荷４に出力されるとともに、負極側昇降圧部４０を介して蓄電部５０に蓄えられる。また、インバータ部正側コンデンサ２１とインバータ部負側コンデンサ２２の電位が不平衡になった場合はバランス部３０を動作させて平衡に保っている。

交流電源２が停電すると、切換スイッチ５３が図２に示すｂ側に切換えられ蓄電部運転スイッチ５４を閉成することにより、バックアップ運転状態となる。この状態では、蓄電部５０に蓄えられている直流電力がインバータ部正側コンデンサ２１とインバータ部負側コンデンサ２２に与えられて、インバータ部２０によって交流電力に変換されて出力側から負荷４に供給される。

以下、各部の詳細動作について説明する。
図３ａおよび図３ｂはこの発明の実施の形態１における無停電電源装置の交流電源の電圧が正の時のインバータ部正側コンデンサの充電動作を説明する説明図である。
通常運転時において交流電源２の電圧が正の場合には、図３ａに示すようにコンバータ部半導体スイッチ１５を導通（オン）させて、交流電源２→切換スイッチ５３→入力側リアクトル１７→コンバータ部第一ダイオード１１→コンバータ部半導体スイッチ１５→コンバータ部第四ダイオード１４→交流電源２のルートで電流を流して、入力側リアクトル１７にエネルギーを貯める。
続いて、図３ｂに示すようにコンバータ部半導体スイッチ１５を非導通（オフ）させることにより、入力側リアクトル１７→正側逆流防止ダイオード１８→正極側電圧線８→インバータ部正側コンデンサ２１→共通線７→交流電源２→切換スイッチ５３→入力側リアクトル１７のルートで電流を流して、入力側リアクトル１７に貯められたエネルギーをインバータ部正側コンデンサ２１に充電する。この充電により正極側電圧線８は共通線７に対して正の電位Ｐとなる。

図４ａおよび図４ｂはこの発明の実施の形態１における無停電電源装置の交流電源の電圧が負の時のインバータ部負側コンデンサの充電動作を説明する説明図である。
通常運転時において交流電源２の電圧が負の場合には、図４ａに示すようにコンバータ部半導体スイッチ１５を導通（オン）させて、交流電源２→コンバータ部第二ダイオード１２→コンバータ部半導体スイッチ１５→コンバータ部第三ダイオード１３→入力側リアクトル１７→切換スイッチ５３→交流電源２のルートで電流を流して、入力側リアクトル１７にエネルギーを貯める。
続いて、図４ｂに示すようにコンバータ部半導体スイッチ１５を非導通（オフ）させることにより、入力側リアクトル１７→切換スイッチ５３→交流電源２→共通線７→インバータ部負側コンデンサ２２→負極側電圧線９→負側逆流防止ダイオード１９→入力側リアクトル１７のルートで電流を流して、入力側リアクトル１７に貯められたエネルギーをインバータ部負側コンデンサ２２に充電する。この充電により負極側電圧線９は共通線７に対して負の電位Ｎとなる。

図５ａおよび図５ｂはこの発明の実施の形態１における無停電電源装置の蓄電部への充電動作を説明する説明図である。
通常運転時における蓄電部５０への充電動作は、まず図５ａに示すように、負極側昇降圧部負側半導体スイッチ４３を導通（オン）させて、インバータ部負側コンデンサ２２→負極側昇降圧部リアクトル４５→負極側昇降圧部負側半導体スイッチ４３→インバータ部負側コンデンサ２２のルートで電流を流して、負極側昇降圧部リアクトル４５にエネルギーを貯める。
続いて、負極側昇降圧部負側半導体スイッチ４３を非導通（オフ）にして、図５ｂに示すように、負極側昇降圧部リアクトル４５→負極側昇降圧部正側ダイオード４２→蓄電部５０→負極側昇降圧部リアクトル４５のルートで電流を流して、負極側昇降圧部リアクトル４５に貯められたエネルギーを蓄電部５０に充電する。

図６ａおよび図６ｂはこの発明の実施の形態１における無停電電源装置の蓄電部からの放電によりインバータ部正側コンデンサを充電する動作を説明する説明図、図７ａおよび図７ｂはこの発明の実施の形態１における無停電電源装置の蓄電部からの放電によりインバータ部負側コンデンサを充電する動作を説明する説明図である。
交流電源２の停電を入力電圧センサ６１からの入力により検出すると、制御回路６０は、切換スイッチ５３を図６ａおよび図６ｂに示すようにｂ側に切換えるとともに蓄電部運転スイッチ５４を閉成して蓄電部５０に蓄えられた直流電力をインバータ部２０に与えることでバックアップ運転を行う。

具体的には、図６ａに示すようにコンバータ部半導体スイッチ１５を導通（オン）させて、蓄電部５０→蓄電部運転スイッチ５４→切換スイッチ５３→入力側リアクトル１７→コンバータ部第一ダイオード１１→コンバータ部半導体スイッチ１５→コンバータ部第四ダイオード１４→蓄電部５０のルートで電流を流して、蓄電部５０に蓄えられている直流電力によって入力側リアクトル１７にエネルギーを貯める。
続いて、図６ｂに示すようにコンバータ部半導体スイッチ１５を非導通（オフ）させることにより、入力側リアクトル１７→正側逆流防止ダイオード１８→インバータ部正側コンデンサ２１→蓄電部５０→蓄電部運転スイッチ５４→切換スイッチ５３→入力側リアクトル１７のルートで電流を流して、入力側リアクトル１７に貯められたエネルギーをインバータ部正側コンデンサ２１に充電する。

また、図７ａに示すように負極側昇降圧部正側半導体スイッチ４１を導通（オン）させて、蓄電部５０→負極側昇降圧部正側半導体スイッチ４１→負極側昇降圧部リアクトル４５→蓄電部５０のルートで電流を流して、蓄電部５０に蓄えられている直流電力によって負極側昇降圧部リアクトル４５にエネルギーを貯める。
続いて、図７ｂに示すように負極側昇降圧部正側半導体スイッチ４１を非導通（オフ）させることにより、負極側昇降圧部リアクトル４５→インバータ部負側コンデンサ２２→負極側昇降圧部負側ダイオード４４→負極側昇降圧部リアクトル４５のルートで電流を流して、負極側昇降圧部リアクトル４５に貯められたエネルギーをインバータ部負側コンデンサ２２に充電する。

図８ａおよび図８ｂはこの発明の実施の形態１における無停電電源装置のインバータ部負側コンデンサの電圧がインバータ部正側コンデンサの電圧よりも高い場合のバランス部の動作を説明する説明図である。
上述したように、インバータ部正側コンデンサ２１およびインバータ部負側コンデンサ２２に充電された直流電力を使用して、インバータ部２０で直流電力を交流電力に変換して負荷４に供給するが、負荷４の不平衡などによりインバータ部正側コンデンサ２１とインバータ部負側コンデンサ２２の電圧が不平衡になる場合がある。この場合には電圧検出器２９で検出したインバータ部正側コンデンサ２１とインバータ部負側コンデンサ２２の電圧を制御回路６０に入力し、制御回路６０からの制御によりバランス部３０を動作させて電圧を平衡にバランスさせる。一例として、インバータ部負側コンデンサ２２の電圧がインバータ部正側コンデンサ２１の電圧よりも高くなった場合について、図８ａおよび図８ｂにもとづき説明する。

まず図８ａに示すように、バランス部負側半導体スイッチ３３を導通（オン）させて、インバータ部負側コンデンサ２２→バランス部リアクトル３５→バランス部負側半導体スイッチ３３→インバータ部負側コンデンサ２２のルートで電流を流して、インバータ部負側コンデンサ２２に蓄えられている直流電力によってバランス部リアクトル３５にエネルギーを貯める。このとき、インバータ部負側コンデンサ２２の電圧が下がる。
続いて、図８ｂに示すように、バランス部負側半導体スイッチ３３を非導通（オフ）させることにより、バランス部リアクトル３５→バランス部正側ダイオード３２→インバータ部正側コンデンサ２１→バランス部リアクトル３５のルートで電流を流して、バランス部リアクトル３５に貯められたエネルギーをインバータ部正側コンデンサ２１に充電することで、インバータ部正側コンデンサ２１の電圧を上昇させる。

以上説明の動作を実施することで、インバータ部負側コンデンサ２２の電圧を下げてインバータ部正側コンデンサ２１の電圧を上昇させ、両コンデンサの電圧をバランスさせることができる。
なお、逆にインバータ部正側コンデンサ２１の電圧がインバータ部負側コンデンサ２２の電圧よりも高くなった場合については、インバータ部負側コンデンサ２２とインバータ部正側コンデンサ２１が逆になり、バランス部負側半導体スイッチ３３がバランス部正側半導体スイッチ３１に、バランス部正側ダイオード３２がバランス部負側ダイオード３４に変わるのみで、上記説明の動作と同様であり、図示および説明を省略する。

次に図１に示すように２台以上の無停電電源装置１，１０１が縦列（シリアル）接続されている場合の停電補償（バックアップ）運転時の連動制御について説明する。
図９はこの発明の実施の形態１における無停電電源装置の停電補償連動開始時の上位モードの無停電電源装置の出力電圧と出力電流を説明する説明図、図１０はこの発明の実施の形態１における無停電電源装置の停電補償連動終了時の上位モードの無停電電源装置の出力電圧と出力電流を説明する説明図、図１１はこの発明の実施の形態１における無停電電源装置の上位モードの無停電電源装置と下位モードの無停電電源装置の連動動作を説明する説明図である。

図１１において、交流電源２が正常で上位モードの無停電電源装置１および下位モードの無停電電源装置１０１が通常運転動作を実施している状態で、図１１に示すＳ１時点において、交流電源２の電圧が設定値範囲を外れて低下（停電）が発生すると、上位モードの無停電電源装置１は、入力電圧センサ６１の検出電圧により停電を検知して、制御回路６０からの指令により、切換スイッチ５３を図２に示すｂ側に切換え、蓄電部運転スイッチ５４を閉成することにより、通常運転動作から停電補償（バックアップ）運転動作に切替る。このとき、上位モードの無停電電源装置１は、図９のＴ１からＴ４に示すように出力電圧の電圧値を変化させて、電源ケーブル３を介して下位モードに設定された無停電電源装置１０１に停電補償（バックアップ）動作を開始したことを通知する。具体的には、
図９のＴ１において通常時の電源電圧１００Ｖよりも高い例えば１０１Ｖの電圧を１サイクル出力し、Ｔ２において通常電圧よりも低い例えば９９Ｖの電圧を１サイクル出力し、Ｔ３およびＴ４において通常電圧よりも高い例えば１０１Ｖの電圧を２サイクル出力して、Ｔ５以降は通常電源電圧１００Ｖを出力する。このように上位モードに設定された制御回路６０からの制御によりインバータ部２０の出力電圧に連動制御の開始を指令する第一パターンの電圧変化を生じさせる。

下位モードの無停電電源装置１０１は、入力電圧センサ１６１の検出電圧により図９に示すＴ１からＴ４の第一パターンの電圧変化を検知すると、制御回路１６０からの制御により、バイパススイッチ１０６を閉成（短絡）させて入力側に入力された上位モードの無停電電源装置１の出力した交流電力を出力側から負荷４に供給するとともに、コンバータ部１１０とインバータ部１２０と充放電部１４６の少なくとも一つの動作を停止させることにより、下位モードの無停電電源装置１０１を動作することで発生する自己消費電力を抑制する。
ここで、消費電力抑制動作のパターンとしては以下に示す４つのパターンがあり、必要に応じて適宜適用可能である。
パターン１は、コンバータ部１１０とインバータ部１２０と充放電部１４６の全ての動作を停止する。
パターン２は、インバータ部１２０と充放電部１４６の動作を停止する。
パターン３は、コンバータ部１１０とインバータ部１２０の動作を停止する。
パターン４は、インバータ部１２０の動作を停止する。

下位モードの無停電電源装置１０１の消費電力抑制動作により、上位モードの無停電電源装置１の出力電流の電流値は図９のＴ６以降に示すように減少することとなり、上位モードの無停電電源装置１は出力電流センサ６４の検出電流値の減少により、下位モードの無停電電源装置１０１が消費電力抑制動作に移行したことを認識することができる。この時点が図１１のＳ２で示す停電補償連動開始である。
なお、停電補償連動開始時に上位モードの無停電電源装置１は、下位モードの無停電電源装置１０１に停電補償（バックアップ）動作の開始を通知しても、出力電流センサ６４で検出した電流値がＴ６からＴ８においてもＴ１からＴ４での電流値のままで減少しない場合は、連動運転が失敗したものとみなして、再度図９に示すＴ１からＴ８の動作を繰返すことで、上位モードの無停電電源装置１と下位モードの無停電電源装置１０１は確実に連動運転を実施することが可能となる。

次に図１１のＳ３で示す停電補償連動終了時の動作について説明する。上位モードの無停電電源装置１の制御回路６０は、蓄電部電圧検出センサ５１で検出した電圧値により蓄電部５０に蓄えられている直流電力の残量が所定値を下回った状態になった場合には、図１０のＴ１１からＴ１３に示すように出力電圧の電圧値を変化させて、電源ケーブル３を介して下位モードの無停電電源装置１０１に停電補償連動制御を終了するよう通知する。具体的には、図１０のＴ１１において通常時の電源電圧１００Ｖよりも高い例えば１０１Ｖの電圧を１サイクル出力し、Ｔ１２において通常電圧よりも低い例えば９９Ｖの電圧を１サイクル出力し、Ｔ１３において通常電圧よりも高い例えば１０１Ｖの電圧を１サイクル出力して、Ｔ１４以降は通常電源電圧１００Ｖを出力する。このように上位モードに設定された制御回路６０からの制御によりインバータ部２０の出力電圧に連動制御の終了を指令する第二パターンの電圧変化を生じさせる。

下位モードの無停電電源装置１０１は、入力電圧センサ１６１の検出電圧により図１０に示すＴ１１からＴ１３の第二パターンの電圧変化を検知すると、制御回路１６０からの指令により、バイパススイッチ１０６を開成させるとともに、停止していたコンバータ部１１０とインバータ部１２０と充放電部１４６の動作を復帰させて通常運転動作となる。
上位モードの無停電電源装置１は出力電流センサ６４の検出電流値の増加により、下位モードの無停電電源装置１０１が通常運転動作に復帰したことを認識できる。この時点が図１１のＳ３で示す停電補償連動終了である。

なお、停電補償連動終了時に上位モードの無停電電源装置１は、下位モードの無停電電源装置１０１に停電補償連動動作の終了を通知しても、出力電流センサ６４で検出した電流値がＴ１６からＴ１８においてもＴ１１からＴ１４での電流値のままで増加しない場合は、連動運転終了が失敗したものとみなして、再度図１０に示すＴ１１からＴ１８の動作を繰返すことで、上位モードの無停電電源装置１と下位モードの無停電電源装置１０１は確実に連動運転終了を実施することが可能となる。

上位モードの無停電電源装置１の蓄電部５０に蓄えられている直流電力が無くなると、上位モードの無停電電源装置１は停電補償（バックアップ）運転不可能となり停止する。下位モードの無停電電源装置１０１は、入力電圧センサ１６１の検出電圧により停電を検知して、制御回路１６０からの指令により、通常運転動作から停電補償（バックアップ）運転動作に切替る。この時点が図１１のＳ４で示す停電補償機器切替である。

図１１のＳ５において、交流電源２の電圧が設定値範囲内に復帰（復電）すると、上位モードの無停電電源装置１は入力電圧センサ６１の検出電圧により復電を検知して、通常運転動作を開始して交流電圧出力を開始する。下位モードの無停電電源装置１０１も入力電圧センサ１６１の検出電圧により復電を検知して、通常運転動作に切替る。
なお、上位モードの無停電電源装置１が停電補償（バックアップ）運転中であり、下位モードの無停電電源装置１０１が停電補償連動動作中に交流電源２の電圧が設定値範囲内に復帰（復電）した場合には、上位モードの無停電電源装置１から停電補償連動終了時と同様の第二パターンで下位モードの無停電電源装置１０１に通知することで、下位モードの無停電電源装置１０１も通常運転動作に切替る。
また、単独モードでは、上述の連動制御、上位モード時の出力の電圧変化、および下位モード時の消費電力抑制動作を行わない普通の動作モードであり、上位モードで代用することも可能である。

以上説明したように、複数台の無停電電源装置を縦列（シリアル）接続することで、連動制御するための通信線や装置の接続を切換える切換手段などを別途設ける必要がなく、設定部６５，１６５の設定を変えるのみで、連動によるバックアップ時間を延ばすことが可能となる。
また、連動制御のための通知等は上位モードの無停電電源装置１から出力電圧値を変えた所定パターンの電圧により下位モードの無停電電源装置１０１に行うため、例えば負荷４に電源の周波数を基準として動作するような機器が接続されていたとしても、周波数は変動しないため誤動作を発生することは無い。

なお、上記実施の形態１では、下位モードの無停電電源装置１０１がバイパススイッチ１０６を閉成させて消費電力抑制動作を行う場合について説明したが、バイパススイッチ１０６は開放したままで、入力側に入力された上位モードの無停電電源装置１からの交流電力をコンバータ部１１０およびインバータ部１２０を介して波形整形して出力側から負荷４に供給するとともに、充放電部１４６の動作を停止させることにより、下位モードの無停電電源装置１０１を動作することで発生する自己消費電力を抑制することも可能であり、この場合にはバイパス線５，１０５およびバイパススイッチ６，１０６は無くても可能である。
また、この発明は、その発明の範囲内において実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 無停電電源装置、２ 交流電源、３ 電源ケーブル、４ 負荷、５ バイパス線、６ バイパススイッチ、７ 共通線、８ 正極側電圧線、９ 負極側電圧線、１０ コンバータ部、１１ コンバータ部第一ダイオード、１２ コンバータ部第二ダイオード、１３ コンバータ部第三ダイオード、１４ コンバータ部第四ダイオード、１５ コンバータ部半導体スイッチ、１６ 入力側コンデンサ、１７ 入力側リアクトル、１８ 正側逆流防止ダイオード、１９ 負側逆流防止ダイオード、２０ インバータ部、２１ インバータ部正側コンデンサ、２２ インバータ部負側コンデンサ、２３ インバータ部正側半導体スイッチ、２４ インバータ部正側ダイオード、２５ インバータ部負側半導体スイッチ、２６ インバータ部負側ダイオード、２７ 出力側コンデンサ、２８ 出力側リアクトル、２９ 電圧検出器、３０ バランス部、３１ バランス部正側半導体スイッチ、３２ バランス部正側ダイオード、３３ バランス部負側半導体スイッチ、３４ バランス部負側ダイオード、３５ バランス部リアクトル、３６ 直流電源部、４０ 負極側昇降圧部、４１ 負極側昇降圧部正側半導体スイッチ、４２ 負極側昇降圧部正側ダイオード、４３ 負極側昇降圧部負側半導体スイッチ、４４ 負極側昇降圧部負側ダイオード、４５ 負極側昇降圧部リアクトル、４６ 充放電部、５０ 蓄電部、５１ 蓄電部電圧検出センサ、５２ 蓄電部電流検出センサ、５３ 切換スイッチ、５４ 蓄電部運転スイッチ、６０ 制御回路、６１ 入力電圧センサ、６２ 入力電流センサ、６３ 出力電圧センサ、６４ 出力電流センサ、６５ 設定部、１０１ 無停電電源装置、１０６ バイパススイッチ、１１０ コンバータ部、１２０ インバータ部、１４６ 充放電部、１６０ 制御回路、１６１ 入力電圧センサ、１６５ 設定部

Claims (6)

1. 上位の無停電電源装置の出力側に下位の無停電電源装置が縦列接続された無停電電源システムを構成するため、前記上位の無停電電源装置および前記下位の無停電電源装置のいずれにも用いることができる無停電電源装置であって、
   交流電源の交流電力を直流電力に変換して直流電源部に与えるコンバータ部と、前記直流電源部の直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ部と、前記交流電源の電圧正常時に前記直流電源部の直流電力を蓄電部に充電させるとともに前記交流電源の電圧低下時に前記蓄電部に蓄えられた直流電力を前記直流電源部に放電する充放電部と、前記コンバータ部および前記インバータ部ならびに前記充放電部の動作を制御するとともに、当該無停電電源装置を前記上位の無停電電源装置として機能させるための上位モードか、前記下位の無停電電源装置として機能させるための下位モードかに設定するための制御回路と、を備え、前記制御回路が前記上位モードに設定された場合、前記交流電源または前記蓄電部の状態に応じて、前記インバータ部の出力電圧を２種類のパターンに変化させ、
   前記制御回路が前記下位モードに設定された場合、入力された交流電力に前記２種類のパターンのうちのいずれかのパターンの電圧変化を検出したとき、検出したパターンの種類に応じて、少なくとも一部の動作を停止する消費電力抑制動作の開始または終了を行うことを特徴とする無停電電源装置。
2. 前記制御回路が前記上位モードに設定された場合、前記交流電源の電圧低下時に前記インバータ部の出力電圧に第一パターンの電圧変化を生じさせ、
   前記制御回路が前記下位モードに設定された場合、入力された交流電力に前記第一パターンの電圧変化を検出したときに前記消費電力抑制動作を開始することを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
3. 前記制御回路が前記上位モードに設定された場合、前記蓄電部に蓄えられた直流電力の残量が所定値を下回ったときに前記インバータ部の出力電圧に第二パターンの電圧変化を生じさせ、
   前記制御回路が前記下位モードに設定された場合、入力された交流電力に前記第二パターンの電圧変化を検出したときに前記消費電力抑制動作を終了させることを特徴とする請求項１または２に記載の無停電電源装置。
4. 前記コンバータ部の入力側と前記インバータ部の出力側を短絡するバイパススイッチを備え、
   前記制御回路が前記下位モードに設定された場合、当該制御回路は、前記消費電力抑制動作を行うとき前記バイパススイッチを閉成（短絡）させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
5. 前記制御回路が前記下位モードに設定された場合、当該制御回路は、前記消費電力抑制動作を行うとき前記コンバータ部と前記インバータ部の動作を停止させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の無停電電源装置。
6. 前記制御回路が前記上位モードに設定された請求項１から５のいずれか１項に記載の第一の無停電電源装置と、前記制御回路が前記下位モードに設定された請求項１から５のいずれか１項に記載の第二の無停電電源装置とを備え、
   前記第一の無停電電源装置の出力側に前記第二の無停電電源装置が縦列接続されたことを特徴とする無停電電源システム。