JP6957416B2 - 無停電電源システム - Google Patents

Description

この発明は無停電電源システムに関し、特に、負荷に対して並列接続される複数の無停電電源装置を備えた無停電電源システムに関する。

たとえば特開２０１３−３１３２５号公報（特許文献１）には、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開示されている。各無停電電源装置は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、インバータの出力電流を検出する電流検出器と、コンバータおよびインバータを制御する制御回路とを含む。複数の制御回路は、通信回線によって互いに結合されている。

各制御回路は、他の制御回路との通信結果に基づいて、自己が属する無停電電源装置を待機状態にさせるか運転状態にさせるかを判別し、その判別結果を他の制御回路に送信し、待機状態にさせる場合はコンバータおよびインバータの運転を停止させ、運転状態にさせる場合はコンバータおよびインバータを運転させる。

無停電電源装置は、一般的に、負荷率がある範囲（たとえば３０〜６０％程度）のときに効率が最大となり、負荷率が当該範囲よりも低くなる、または当該範囲よりも高くなると効率が低下する傾向がある。そのため、上記無停電電源システムでは、低負荷時には、複数の無停電電源装置のうちの一部の無停電電源装置を待機状態にさせることで、運転状態の各無停電電源装置の負荷率を上記範囲まで上昇させることができる。これによると、運転中の各無停電電源装置の負荷率を監視し、負荷率の変化に応じて運転台数を適切に選択することで、システム全体の運転効率を向上させることができる。

また、たとえば特開平９−２９４３８１号公報（特許文献２）に開示されているように、一般に無停電電源装置では、交流電源とコンバータの間に交流入力フィルタが設けられるとともに、インバータと負荷の間に交流出力フィルタが設けられる。交流入力フィルタおよび交流出力フィルタの各々は、コンデンサおよびリアクトルを含む。

特開２０１３−３１３２５号公報 特開平９−２９４３８１号公報

特許文献１の各無停電電源装置に特許文献２の交流入力フィルタおよび交流出力フィルタを設けた場合、交流電源から各無停電電源装置の交流入力フィルタに交流電流が流入するとともに、運転状態の無停電電源装置から待機状態の無停電電源装置の交流出力フィルタに交流電流が流入し、損失が発生するという問題がある。

この対策として、待機状態の無停電電源装置を交流電源および運転状態の無停電電源装置から電気的に切り離すことにより、待機状態の無停電電源装置の交流入力フィルタおよび交流出力フィルタへの電流の流入を防止し、損失を低減する第１の方法が考えられる。しかし、この第１の方法には、待機状態の無停電電源装置において制御回路用の直流電源電圧を生成することができず、無停電電源装置を再起動することができないという問題がある。

また、他の対策として、交流電源と各無停電電源装置との接続を維持しながら、待機状態の無停電電源装置を運転状態の無停電電源装置から電気的に切り離すことにより、待機状態の無停電電源装置の交流出力フィルタへの電流の流入を防止し、損失を低減する第２の方法が考えられる。しかし、第２の方法には、交流電源から交流電力の供給が停止された停電時には、制御回路用の直流電源電圧を生成することができず、無停電電源装置を再起動することができないという問題がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、効率が高く、停電時でも待機状態の無停電電源装置を再起動することが可能な無停電電源システムを提供することである。

この発明に係る無停電電源システムは、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である。各無停電電源装置は、交流電源から供給される交流電力を受ける入力端子と、負荷に接続される出力端子と、入力端子および出力端子間に直列接続された第１のスイッチ、交流入力フィルタ、コンバータ、インバータ、および交流出力フィルタと、インバータから負荷に流れる電流を検出する電流検出器と、対応する無停電電源装置を制御する制御回路とを備える。

交流入力フィルタは、交流電源からの交流電力をコンバータに通過させるとともに、コンバータで発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。コンバータは、交流入力フィルタを通過した交流電力を直流電力に変換する。インバータは、交流電源から交流電力が供給されている通常時は、コンバータによって生成された直流電力を交流電力に変換し、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を交流電力に変換する。交流出力フィルタは、インバータによって生成された交流電力を負荷に通過させるとともに、インバータで発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。制御回路から見て当該制御回路が属する無停電電源装置は自装置であり、他の各無停電電源装置は他装置であり、各無停電電源装置の制御回路は通信回線によって各他装置の制御回路と互いに結合されている。

各無停電電源装置の制御回路は、出力端子に現れる交流電圧に基づいて、制御回路を駆動させるための直流電源電圧を生成する制御電源と、自装置の電流検出器の検出結果と通信回線を介して得られた各他装置の電流検出器の検出結果との合計から負荷電流を求め、その負荷電流を供給するために必要な無停電電源装置の適正運転台数を求める演算部と、演算部によって求められた適正運転台数と現在の運転台数とを比較し、その比較結果に基づいて自装置を待機状態にさせるか運転状態にさせるかを判別し、その判別結果を通信回線を介して各他装置の制御回路に送信し、待機状態にさせる場合は第１のスイッチを非導通にするとともにコンバータおよびインバータの運転を停止させ、運転状態にさせる場合は第１のスイッチを導通させるとともにコンバータおよびインバータを運転させる指令部とを含む。

この発明に係る無停電電源システムでは、待機状態の無停電電源装置において第１のスイッチを非導通にして交流入力フィルタを交流電源から電気的に切り離すので、交流電源から交流入力フィルタへの電流の流入を防止することができ、効率の向上を図ることができる。また、待機状態の無停電電源装置では、運転状態の他の各無停電電源装置から出力端子に供給される交流電圧に基づいて制御回路用の直流電源電圧を生成するので、停電時でも待機状態の無停電電源装置を再起動することができる。

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に示した制御回路の構成を示すブロック図である。 図２に示した制御回路の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による無停電電源システムに含まれる無停電電源装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 図４に示した制御回路の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３による無停電電源システムに含まれる無停電電源装置の制御回路の構成を示すブロック図である。 図６に示した制御回路の動作を示すフローチャートである。

[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、複数（図では３つ）の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３および複数のバッテリＢ１〜Ｂ３を備える。

無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々は、入力端子Ｔ１、バッテリ端子Ｔ２、および出力端子Ｔ３を含む。入力端子Ｔ１は、商用交流電源５１から商用周波数の交流電力を受ける。無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３のバッテリ端子Ｔ２は、それぞれバッテリ（電力貯蔵装置）Ｂ１〜Ｂ３に接続される。バッテリＢ１〜Ｂ３の各々は、直流電力を蓄える。バッテリＢの代わりにコンデンサが接続されていても構わない。

出力端子Ｔ３は、負荷５２に接続される。負荷５２は、交流電力によって駆動される。無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３は、負荷５２に対して並列接続されている。無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３のうちの負荷５２の運転に必要な適正運転台数（たとえば２台）の無停電電源装置（たとえばＵ１，Ｕ２）のみが運転状態にされ、残りの無停電電源装置（この場合はＵ３）は待機状態にされる。

無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々は、さらに、スイッチＳ１〜Ｓ３、コンデンサ１，５，１０、リアクトル２，９、コンバータ４、直流ライン６、双方向チョッパ７、インバータ８、電流検出器１２、操作部１３、および制御回路１４を備える。

スイッチＳ１およびリアクトル２は、入力端子Ｔ１とコンバータ４の入力ノードとの間に直列接続される。コンデンサ１は、スイッチＳ１とリアクトル２の間のノードＮ１に接続される。スイッチＳ１は、対応する無停電電源装置Ｕが運転状態にされた場合にオンされ、対応する無停電電源装置Ｕが待機状態にされた場合にオフされる。ノードＮ１に現れる交流入力電圧ＶＩの瞬時値は、制御回路１４によって検出される。交流入力電圧ＶＩの瞬時値に基づいて、停電の発生の有無などが判別される。

コンデンサ１およびリアクトル２は、交流入力フィルタ３を構成する。交流入力フィルタ３は、低域通過フィルタであり、商用交流電源５１からコンバータ４に商用周波数の交流電力を通過させ、コンバータ４で発生するスイッチング周波数の信号が商用交流電源５１に通過することを防止する。

コンバータ４は、制御回路１４によって制御され、商用交流電源５１から交流電力が供給されている通常時は、交流電力を直流電力に変換して直流ライン６に出力する。商用交流電源５１からの交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ４の運転は停止される。コンバータ４の出力電圧は、所望の値に制御可能になっている。

コンデンサ５は、直流ライン６に接続され、直流ライン６の電圧を平滑化させる。直流ライン６に現れる直流電圧ＶＤの瞬時値は、制御回路１４によって検出される。直流ライン６は双方向チョッパ７の高電圧側ノードに接続され、双方向チョッパ７の低電圧側ノードはスイッチＳ２を介してバッテリ端子Ｔ２に接続される。

スイッチＳ２は、対応する無停電電源装置Ｕの使用時はオンされ、対応する無停電電源装置Ｕおよび対応するバッテリＢのメンテナンス時にオフされる。バッテリ端子Ｔ２に現れるバッテリＢの端子間電圧ＶＢの瞬時値は、制御回路１４によって検出される。

双方向チョッパ７は、制御回路１４によって制御され、商用交流電源５１から交流電力が供給されている通常時は、コンバータ４によって生成された直流電力をバッテリＢに蓄え、商用交流電源５１からの交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリＢの直流電力を直流ライン６を介してインバータ８に供給する。

双方向チョッパ７は、直流電力をバッテリＢに蓄える場合は、直流ライン６の直流電圧ＶＤを降圧してバッテリＢに与える。また、双方向チョッパ７は、バッテリＢの直流電力をインバータ８に供給する場合は、バッテリＢの端子間電圧ＶＢを昇圧して直流ライン６に出力する。直流ライン６は、インバータ８の入力ノードに接続されている。

インバータ８は、制御回路１４によって制御され、コンバータ４または双方向チョッパ７から直流ライン６を介して供給される直流電力を商用周波数の交流電力に変換して出力する。すなわち、インバータ８は、通常時はコンバータ４から直流ライン６を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、停電時はバッテリＢから双方向チョッパ７を介して供給される直流電力を交流電力に変換する。インバータ８の出力電圧は、所望の値に制御可能になっている。

インバータ８の出力ノードはリアクトル９の一方端子に接続され、リアクトル９の他方端子（ノードＮ２）はスイッチＳ３を介して出力端子Ｔ３に接続される。コンデンサ１０は、ノードＮ２に接続される。ノードＮ２に現れる交流出力電圧ＶＯの瞬時値は、制御回路１４によって検出される。電流検出器１２は、ノードＮ２からスイッチＳ３を介して出力端子Ｔ３（すなわち負荷５２）に流れる電流ＩＯの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＩＯｆを制御回路１４に与える。

リアクトル９およびコンデンサ１０は、交流出力フィルタ１１を構成する。交流出力フィルタ１１は、低域通過フィルタであり、インバータ８で生成された商用周波数の交流電力を出力端子Ｔ３に通過させ、インバータ８で発生するスイッチング周波数の信号が出力端子Ｔ３に通過することを防止する。スイッチＳ３は、制御回路１４によって制御され、対応する無停電電源装置Ｕの使用時にオンされ、対応する無停電電源装置Ｕのメンテナンス時にオフされる。

操作部１３は、対応する無停電電源装置Ｕの使用者によって操作される複数のボタン、種々の情報を表示する画像表示部などを含む。システムの使用者は、操作部１３を操作することにより、無停電電源装置Ｕを手動で運転したり、自動的に運転させることができる。また、システムの使用者は、操作部１３を操作することにより、負荷５２の運転に必要な適正運転台数が現在の運転台数よりも大きい場合に、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３が待機状態になる優先順位などを設定することができる。

制御回路１４は、操作部１３からの信号、交流入力電圧ＶＩ、直流電圧ＶＤ、バッテリ電圧ＶＢ、交流出力電流ＩＯ、および交流出力電圧ＶＯなどに基づいて、対応する無停電電源装置Ｕ全体を制御する。すなわち、制御回路１４は、交流入力電圧ＶＩの検出値に基づいて停電が発生したか否かを検出し、交流入力電圧ＶＩの位相に同期してコンバータ４およびインバータ８を制御する。

また制御回路１４は、商用交流電源５１から交流電力が供給されている通常時は、直流電圧ＶＤが所望の目標電圧ＶＤＴになるようにコンバータ４を制御し、商用交流電源５１からの交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ４の運転を停止させる。

さらに制御回路１４は、通常時は、バッテリ電圧ＶＢが所望の目標バッテリ電圧ＶＢＴになるように双方向チョッパ７を制御し、停電時は、直流電圧ＶＤが所望の目標電圧ＶＤＴになるように双方向チョッパ７を制御する。

また制御回路１４は、他の各無停電電源装置Ｕの制御回路１４と通信ケーブル１５によって互いに接続され、通信ケーブル１５を介して他の各無停電電源装置Ｕと情報の授受を行なう。制御回路１４は、複数の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の分担電流が等しくなるように、コンバータ４およびインバータ８を制御する。

また、制御回路１４は、複数の電流検出器１２の出力信号ＩＯｆに基づいて、複数の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の出力電流ＩＯの和の電流すなわち負荷電流ＩＬを求め、その負荷電流ＩＬを供給するために必要な無停電電源装置Ｕの適正運転台数を求める。さらに制御回路１４は、求めた適正運転台数と現在の運転台数とを比較し、その比較結果と待機の優先順位とに基づいて、対応する無停電電源装置Ｕを待機状態にさせるか運転状態にさせるかを判別する。

制御回路１４は、対応する無停電電源装置Ｕを待機状態にさせる場合は、対応するスイッチＳ１をオフさせて商用交流電源５１から対応する交流入力フィルタ３への電流の流入を阻止するとともに、対応するコンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８の運転を停止させる。また制御回路１４は、対応する無停電電源装置Ｕを運転状態にさせる場合は、対応するスイッチＳ１をオン状態に維持させるとともに、対応するコンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８の運転を継続させる。

図２は、制御回路１４の構成を示すブロック図である。図２において、制御回路１４は、通信端子Ｔ４，Ｔ５、電圧検出器２１，２２、制御電源２３、演算部２４、指令部２５、および記憶部２６を含む。

通信端子Ｔ４は、演算部２４および指令部２５に接続されるとともに、通信ケーブル１５を介して他の無停電電源装置Ｕの演算部２４および指令部２５に接続される。通信端子Ｔ５は、演算部２４および指令部２５に接続されるとともに、通信ケーブル１５を介してさらに他の無停電電源装置Ｕの演算部２４および指令部２５に接続される。

電圧検出器２１は、ノードＮ１（図１）の交流電圧ＶＩを検出し、その検出値を示す信号を指令部２５に与える。電圧検出器２２は、ノードＮ２（図１）の交流電圧ＶＯを検出し、その検出値を示す信号を演算部２４に与える。制御電源２３は、交流電圧ＶＯに基づいて、制御回路１４全体を駆動させるための直流電源電圧ＶＤＣを生成する。

演算部２４は、電圧検出器２２および電流検出器１２（図１）の検出結果を通信端子Ｔ４，Ｔ５を介して他の２つの無停電電源装置Ｕの演算部２４に送信するとともに、他の２つの無停電電源装置Ｕの電圧検出器２２および電流検出器１２の検出結果を通信端子Ｔ４，Ｔ５を介して受信する。

また演算部２４は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の電圧検出器２２および電流検出器１２の検出結果に基づいて、複数の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の分担電流が等しくなるように、指令部２５を介してコンバータ４およびインバータ８を制御する。

また演算部２４は、複数の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の出力電流ＩＯの和の電流、すなわち無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３から負荷５２に供給される負荷電流ＩＬを求め、その負荷電流ＩＬを供給するために必要な無停電電源装置Ｕの適正運転台数を求め、求めた適正運転台数を指令部２５に与える。

記憶部２６には、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３が待機状態になる優先順位が格納されている。優先順位は、たとえば、無停電電源装置Ｕの番号順に設定される。この場合、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の優先順位は、それぞれ第１位、第２位、第３位である。

指令部２５は、電圧検出器２１からの信号に基づいて、商用交流電源５１から交流電力が供給されているか否かを判別する。指令部２５は、通常時は、コンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を制御して交流電力を生成させ、停電時は、コンバータ４の運転を停止させるとともに双方向チョッパ７およびインバータ８を制御して交流電力を生成させる。また、指令部２５は、スイッチＳ１〜Ｓ３を制御する。

また、指令部２５は、演算部２４によって求められた適正運転台数と現在の運転台数とを比較し、その比較結果と待機の優先順位とに基づいて、対応する無停電電源装置Ｕを待機状態にさせるか運転状態にさせるかを判別する。

たとえば、適正運転台数が２台であり、現在の運転台数が３台である場合、指令部２５は、運転台数を減少させるべきであると判別する。また、指令部２５は、対応する無停電電源装置Ｕの優先順位に基づいて、対応する無停電電源装置Ｕを待機状態にさせるか運転状態にさせるかを判別する。そして指令部２５は、待機状態にさせる場合は対応するスイッチＳ１をオフさせるとともに対応するコンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を停止させ、運転状態にさせる場合は対応するスイッチＳ１をオン状態に維持するとともに対応するコンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８の運転を継続させる。

たとえば、無停電電源装置Ｕ１の指令部２５は、対応する無停電電源装置Ｕ１（自装置）の優先順位が第１位であるので、対応する無停電電源装置Ｕ１を待機状態にさせるべきであると判別し、対応するスイッチＳ１をオフさせるとともに対応するコンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を停止させる。また、指令部２５は、対応するスイッチＳ１をオフさせるとともに対応するコンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を停止させた場合は、その旨を他の無停電電源装置（他装置）Ｕ２，Ｕ３の指令部２５に伝える。

無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の各々の指令部２５は、対応する無停電電源装置（この場合はＵ２，Ｕ３）の優先順位がそれぞれ第２位および第３位であるので、対応する無停電電源装置Ｕを運転状態にさせるべきであると判別し、対応するスイッチＳ１をオン状態に維持させるとともに対応するコンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８の運転を継続させる。

逆に、適正運転台数が３台であり、現在の運転台数が２台である場合、指令部２５は、運転台数を増加させるべきであると判別する。また、指令部２５は、対応する無停電電源装置Ｕが待機状態である場合、対応する無停電電源装置Ｕを運転状態にさせる。

たとえば、無停電電源装置Ｕ１の指令部２５は、対応する無停電電源装置Ｕ１が待機状態であるので、対応する無停電電源装置Ｕ１を運転状態にさせるべきであると判別し、対応するスイッチＳ１をオンさせるとともに対応するコンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を運転させる。また、指令部２５は、対応するスイッチＳ１をオンさせるとともに対応するコンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を運転させた場合は、その旨を他の無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の指令部２５に伝える。

操作部１３は、たとえば操作ボタンを含む。システムの使用者は、操作部１３を操作することにより、無停電電源装置Ｕを手動で運転したり、自動的に運転させることができる。また、システムの使用者は、操作部１３を操作することにより、無停電電源装置Ｕの番号、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３が待機状態になる優先順位などを記憶部２６に書込むことができる。

１台の無停電電源装置Ｕの操作部１３を用いて優先順位を記憶部２６に書込むと、その優先順位は指令部２５によって全ての無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の記憶部２６に書き込まれる。なお、無停電電源装置Ｕの番号は、その無停電電源装置Ｕが設置された位置、順番などにより自動的に設定されるようになっていてもよい。

制御電源２３は、対応する無停電電源装置Ｕが待機状態にされてスイッチＳ１がオフされている場合でも、他の無停電電源装置Ｕから対応するスイッチＳ３およびノードＮ２（図１）を介して供給される交流電力に基づいて、制御回路１４用の直流電源電圧ＶＤＣを生成する。したがって、制御回路１４は、対応する無停電電源装置Ｕが待機状態にされている場合でも、制御電源２３からの直流電源電圧ＶＤＣによって駆動され続ける。

図３は、図２に示した制御回路１４の動作を示すフローチャートである。制御回路１４が無停電電源装置Ｕ１に含まれている場合について説明する。制御回路１４から見て当該制御回路１４が属する無停電電源装置Ｕ１は自装置であり、他の無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の各々は他装置である。

図３のステップＳＴ１において、無停電電源装置Ｕ１の指令部２５は、対応するスイッチＳ１をオンさせ、対応するコンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を運転させる。ステップＳＴ２において、電流検出器１２は自装置Ｕ１の出力電流ＩＯを検出する。自装置Ｕ１の出力電流ＩＯの検出値は、他の無停電電源装置（他装置）Ｕ２，Ｕ３の演算部２４に与えられる。逆に他の無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の出力電流ＩＯの検出値が無停電電源装置Ｕ１の演算部２４に与えられる。

ステップＳＴ３において演算部２４は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の出力電流ＩＯの検出値を加算して、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３から負荷５２に供給されている負荷電流ＩＬを検出する。ステップＳＴ４において演算部２４は、ステップＳＴ３で求めた負荷電流ＩＬに基づいて、負荷５２を運転するために必要な無停電電源装置Ｕの適正運転台数を求める。たとえば、無停電電源装置Ｕの定格電流がＩｒであり、負荷電流ＩＬがＩｒの１．５倍である場合は無停電電源装置Ｕの適正運転台数は２台である。

ステップＳＴ５において指令部２５は、ステップＳＴ４で求められた適正運転台数と現在の運転台数とを比較し、その比較結果に基づいて、冗長性（並列冗長運転）を確保しつつ無停電電源装置Ｕの運転台数を増加させるか、減少させるか、維持するかを判別する。ステップＳＴ５において運転台数を増加させると判別した場合、ステップＳＴ６において待機中の他の無停電電源装置Ｕが起動される。

たとえば、無停電電源装置Ｕ１，Ｕ２が運転状態にされ、無停電電源装置Ｕ３が待機状態にされている場合において、ステップＳＴ５において運転台数を増加させると判別したときには、待機状態の無停電電源装置Ｕ３が起動される。待機状態の無停電電源装置Ｕ３を起動させるときに、商用交流電源５１からの交流電力の供給が停止されている場合であっても、無停電電源装置Ｕ１，Ｕ２から無停電電源装置Ｕ３のスイッチＳ３を介して制御電源２３に交流電圧ＶＯが供給され、制御電源２３によって制御回路１４が駆動されるので、無停電電源装置Ｕ３は起動される。

ステップＳＴ５において運転台数を減少させると判別した場合、ステップＳＴ７において指令部２５は、記憶部２６に記憶された優先順位に基づいて、自装置を停止させるか、自装置の運転を継続するかを判別する。ステップＳＴ７において自装置を停止させると判別した場合、ステップＳＴ８において自装置のスイッチＳ１をオフさせ、コンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を停止させる。

自装置を停止させる場合にスイッチＳ１をオフさせ、商用交流電源５１と交流入力フィルタ３とを電気的に切り離すので、交流入力フィルタ３で損失が発生することを防止することができ、効率の向上を図ることができる。ステップＳＴ７において自装置の運転を継続すると判別した場合、ステップＳＴ１に戻る。

以上のように、この実施の形態１では、待機状態の無停電電源装置ＵにおいてスイッチＳ１をオフさせて交流入力フィルタ３を商用交流電源５１から電気的に切り離すので、商用交流電源５１から交流入力フィルタ３への電流の流入を防止することができ、効率の向上を図ることができる。また、待機状態の無停電電源装置Ｕでは、運転状態の他の各無停電電源装置Ｕから出力端子Ｔ３に供給される交流電圧ＶＯに基づいて制御回路１４用の直流電源電圧ＶＤＣを生成するので、停電時でも待機状態の無停電電源装置Ｕを再起動することができる。

なお、この実施の形態１では、本願発明が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４台以上の無停電電源装置Ｕを備えた無停電電源システムにも適用可能であることは言うまでもない。

また、この実施の形態１では、待機状態の無停電電源装置ＵにおいてスイッチＳ１をオフさせ、スイッチＳ２，Ｓ３をオンさせたが、待機状態の無停電電源装置ＵにおいてスイッチＳ１，Ｓ２をオフさせ、スイッチＳ３をオンさせてもよい。この場合は、待機状態においてバッテリＢから放電される直流電力を低減することができる。

なお、待機状態の無停電電源装置ＵにおいてスイッチＳ３をオフさせると、運転状態の他の無停電電源装置Ｕから交流出力フィルタ１１への電流の流入を防止することができ、効率の向上を図ることができる。しかし、この場合は、制御電源２３（図２）が直流電源電圧ＶＤＣを生成することができないので、待機状態の無停電電源装置Ｕを起動させることができない。

［実施の形態２］
図４は、この発明の実施の形態２による無停電電源システムに含まれる無停電電源装置Ｕの制御回路１４Ａの構成を示すブロック図であって、図２と対比される図である。図４を参照して、この制御回路１４Ａが図２の制御回路１４と異なる点は、タイマ２７が追加されている点である。

タイマ２７は、対応する無停電電源装置Ｕが待機状態にされた時間を計測し、計測した時間が所定時間に到達したことに応じて起動信号を出力する。指令部２５は、対応するスイッチＳ１をオフさせ、コンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を停止させた後、起動信号に応答して対応するスイッチＳ１をオンさせ、コンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を起動させる。

また、指令部２５は、タイマ２７からの起動信号に応答して、記憶部２６に格納された優先順位を更新し、対応する無停電電源装置Ｕの優先順位を最下位にし、他の２つの無停電電源装置Ｕの優勢順位を１つずつ繰り上げる。

たとえば、無停電電源装置Ｕ１の指令部２５は、タイマ２７からの起動信号に応答して、記憶部２６に格納された優先順位を更新し、対応する無停電電源装置Ｕ１の優先順位を最下位にし、他の無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の優勢順位を１つずつ繰り上げる。すなわち、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３が待機状態にされる優先順位は、それぞれ第３位、第１位、第２位に更新される。

この状態で運転台数を１台減少させる場合は、無停電電源装置Ｕ２が待機状態にされ、所定時間経過後に無停電電源装置Ｕ２が運転状態にされ、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３が待機状態にされる優先順位は、それぞれ第２位、第３位、第１位に更新される。

この状態で運転台数を１台減少させる場合は、無停電電源装置Ｕ３が待機状態にされ、所定時間経過後に無停電電源装置Ｕ３が運転状態にされ、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３が待機状態にされる優先順位は、それぞれ第１位、第２位、第３位に更新される。つまり、１台だけ待機状態にさせる場合は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３が１台ずつ順次待機状態にされ、待機状態にされる無停電電源装置Ｕが自動的にローテーションされる。

また、システムの使用者は、操作部１３を操作することにより、無停電電源装置Ｕの自動ローテンションを設定するか解除することが可能となっている。自動ローテーションを解除すると、この無停電電源システムは実施の形態１の無停電電源システムと同じになる。

図５は、図４に示した制御回路１４Ａの動作を示すフローチャートであって、図３と対比される図である。図５のフローチャートは、図３のフローチャートのステップＳＴ８をステップＳＴ１０〜ＳＴ１４で置換したものである。ステップＳＴ１〜ＳＴ７は、図３で説明した通りである。図５においても、制御回路１４Ａが無停電電源装置Ｕ１に含まれている場合について説明する。制御回路１４Ａから見て当該制御回路１４Ａが属する無停電電源装置Ｕ１は自装置であり、他の無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の各々は他装置である。

ステップＳＴ７において自装置Ｕ１を停止すると判別した場合、ステップＳＴ１０において指令部２５は、操作部１３によって自動ローテーションが設定されているか否かを判別する。自動ローテーションが設定されていない場合、ステップＳＴ１１において指令部２５は、自装置Ｕ１のスイッチＳ１をオフさせ、コンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を停止させる。

自動ローテーションが設定されている場合、ステップＳＴ１２において指令部２５は、自装置Ｕ１のスイッチＳ１をオフさせ、コンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を停止させるとともに、タイマ２７をスタートさせる。ステップＳＴ１３においてタイマ２７はスタートしてから所定時間経過後に起動信号を出力し、指令部２５は起動信号に応答して自装置Ｕ１のスイッチＳ１をオンさせ、コンバータ４、双方向チョッパ７、およびインバータ８を起動させる。ステップＳＴ１４において指令部２５は、各無停電電源装置Ｕの記憶部２６に格納された優先順位を更新し、ステップＳＴ２に戻る。

この実施の形態２では、たとえば１台の無停電電源装置Ｕを待機状態にする場合、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３を１台ずつ順次、待機状態にする。したがって、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の運転時間を均等化することができるので、各無停電電源装置Ｕの故障の発生を遅らせることができる。

［実施の形態３］
図６は、この発明の実施の形態３による無停電電源システムに含まれる無停電電源装置Ｕの制御装置１４Ｂの構成を示すブロック図であって、図４と対比される図である。図６を参照して、この制御装置１４Ｂが図４の制御装置１４Ａと異なる点は、故障検出器２８が追加されている点である。

故障検出器２８は、対応する無停電電源装置Ｕの故障の有無を検出し、対応する無停電電源装置Ｕが故障した場合は故障検出信号を出力する。指令部２５は、対応する故障検出器２８から故障検出信号が出力された場合、スイッチＳ１，Ｓ３をオフさせて対応する無停電電源装置Ｕを並列運転から解列させるか、または対応する無停電電源装置Ｕを待機状態にする。

また、指令部２５は、対応する無停電電源装置Ｕを優先順位から除外し、他の各無停電電源装置Ｕが待機状態になる優先順位を１つ繰り上げる。たとえば、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の優先順位がそれぞれ第１位〜第３位である場合において無停電電源装置Ｕ１が故障したとき、無停電電源装置Ｕ１が優先順位から除外され、無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の優先順位がそれぞれ第１位および第２位にされる。

図７は、図６に示した制御回路１４Ｂの動作を示すフローチャートであって、図５と対比される図である。図７のフローチャートは、図５のフローチャートにステップＳＴ１Ａ〜ＳＴ１Ｃを追加したものである。ステップＳＴ１Ａは、ステップＳＴ１とＳＴ２の間で行なわれる。図７においても、制御回路１４Ｂが無停電電源装置Ｕ１に含まれている場合について説明する。制御回路１４Ｂから見て当該制御回路１４Ｂが属する無停電電源装置Ｕ１は自装置であり、他の無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の各々は他装置である。

ステップＳＴ１Ａにおいて故障検出器２８は対応する無停電電源装置Ｕ１（すなわち自装置Ｕ１）が故障しているか否かを検出し、故障していない場合はステップＳＴ２に進む。自装置Ｕ１が故障している場合は、ステップＳＴ１Ｂにおいて指令部２５はスイッチＳ１，Ｓ３をオフさせて自装置Ｕ１を並列運転から解列させるか、または自装置Ｕ１を待機状態にし、ステップＳＴ１Ｃにおいて指令部２５は自装置Ｕ１を優先順位から除外して優先順位を更新する。

この実施の形態３では、実施の形態１，２と同じ効果が得られる他、故障した無停電電源装置Ｕをローテーションから除外することができる。

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 無停電電源装置、Ｂ１〜Ｂ３ バッテリ、Ｔ１ 入力端子、Ｔ２ バッテリ端子、Ｔ３ 出力端子、Ｓ１〜Ｓ３ スイッチ、１，５，１０ コンデンサ、２，９ リアクトル、３ 交流入力フィルタ、４ コンバータ、６ 直流ライン、７ 双方向チョッパ、８ インバータ、１１ 交流出力フィルタ、１２ 電流検出器、１３ 操作部、１４，１４Ａ，１４Ｂ 制御回路、Ｔ４，Ｔ５ 通信端子、２１，２２ 電圧検出器、２３ 制御電源、２４ 演算部、２５ 指令部、２６ 記憶部、２７ タイマ、２８ 故障検出器、５１ 商用交流電源、５２ 負荷。

Claims (4)

1. 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であって、
   各無停電電源装置は、
   交流電源から供給される交流電力を受ける入力端子と、
   前記負荷に接続される出力端子と、
   前記入力端子および前記出力端子間に直列接続された第１のスイッチ、交流入力フィルタ、コンバータ、インバータ、および交流出力フィルタと、
   前記インバータから前記負荷に流れる電流を検出する電流検出器と、
   対応する無停電電源装置を制御する制御回路とを備え、
   前記交流入力フィルタは、前記交流電源からの交流電力を前記コンバータに通過させるとともに、前記コンバータで発生するスイッチング周波数の信号を遮断し、
   前記コンバータは、前記交流入力フィルタを通過した交流電力を直流電力に変換し、
   前記インバータは、前記交流電源から交流電力が供給されている通常時は、前記コンバータによって生成された直流電力を交流電力に変換し、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、電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換し、
   前記交流出力フィルタは、前記インバータによって生成された交流電力を前記負荷に通過させるとともに、前記インバータで発生するスイッチング周波数の信号を遮断し、
   前記制御回路から見て当該制御回路が属する無停電電源装置は自装置であり、他の各無停電電源装置は他装置であり、
   各無停電電源装置の前記制御回路は通信回線によって各他装置の前記制御回路と互いに結合され、
   各無停電電源装置の前記制御回路は、
   前記出力端子に現れる交流電圧に基づいて、前記制御回路を駆動させるための直流電源電圧を生成する制御電源と、
   前記自装置の前記電流検出器の検出結果と前記通信回線を介して得られた各他装置の前記電流検出器の検出結果との合計から負荷電流を求め、その負荷電流を供給するために必要な無停電電源装置の適正運転台数を求める演算部と、
   前記演算部によって求められた適正運転台数と現在の運転台数とを比較し、その比較結果に基づいて前記自装置を待機状態にさせるか運転状態にさせるかを判別し、その判別結果を前記通信回線を介して各他装置の前記制御回路に送信し、前記待機状態にさせる場合は前記第１のスイッチを非導通にするとともに前記コンバータおよび前記インバータの運転を停止させ、前記運転状態にさせる場合は前記第１のスイッチを導通させるとともに前記コンバータおよび前記インバータを運転させる指令部とを含み、
   各無停電電源装置は、
   さらに、前記コンバータと前記インバータの間に接続された直流ラインと、
   前記直流ラインと前記電力貯蔵装置との間に直列接続された双方向チョッパおよび第２のスイッチとを含み、
   前記双方向チョッパは、前記通常時には、前記コンバータによって生成された直流電力を前記電力貯蔵装置に蓄え、前記停電時には、前記電力貯蔵装置からの直流電力を前記インバータに供給し、
   前記指令部は、さらに、前記待機状態にさせる場合は前記第２のスイッチを非導通にするとともに前記双方向チョッパの運転を停止させ、前記運転状態にさせる場合は前記第２のスイッチを導通させるとともに前記双方向チョッパを運転させる、無停電電源システム。
2. 各無停電電源装置の前記制御回路は、さらに、前記複数の無停電電源装置が前記待機状態になる優先順位を記憶した記憶部を含み、
   前記指令部は、前記演算部によって求められた適正運転台数と現在の運転台数とを比較し、その比較結果と前記記憶部に記憶された前記優先順位とに基づいて、前記自装置を前記待機状態にさせるか前記運転状態にさせるかを判別する、請求項１に記載の無停電電源システム。
3. 各無停電電源装置の前記制御回路は、さらに、前記指令部によって前記自装置が前記待機状態に停止されている時間を計測し、計測した時間が予め定められた時間に到達した場合に起動信号を出力するタイマを含み、
   前記指令部は、前記自装置の前記タイマから前記起動信号が出力されたことに応じて前記自装置を前記運転状態にし、前記自装置が前記待機状態になる優先順位を最下位にするとともに、前記通信回線を介して各他装置の優先順位を１つ繰り上げ、
   各無停電電源装置の前記記憶部は、前記指令部によって変更された前記優先順位を記憶する、請求項２に記載の無停電電源システム。
4. 各無停電電源装置の前記制御回路は、さらに、当該無停電電源装置の故障の有無を検出する故障検出器を含み、
   前記指令部は、前記自装置の前記故障検出器によって前記自装置の故障が検出された場合、前記自装置を並列運転から解列させるか、または前記自装置を前記待機状態にし、前記自装置を前記優先順位から除外し、前記通信回線を介して各他装置が前記待機状態になる優先順位を１つ繰り上げ、
   各無停電電源装置の前記記憶部は、前記指令部によって変更された前記優先順位を記憶する、請求項２または請求項３に記載の無停電電源システム。

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