JP7027576B1 - 無停電電源システム - Google Patents

Abstract

複数のＵＰＳ（５）は、交流電源（１）および負荷（２）の間に並列接続される。ＵＰＳ（５）は、交流電源（１）および交流ノード（７ａ）の間に接続される第１のスイッチ（Ｓ１）を含む。制御装置（６）は、交流電源（１）の健全時には複数のＵＰＳ（５）を第１の給電モードに設定し、交流電源（１）の停電時には複数のＵＰＳ（５）を第２の給電モードに設定する。第１の給電モード時、制御装置（６）は、第１のスイッチ（Ｓ１）をオンするとともに、交流ノード（７ａ）から交流電力を受けて交流電力を生成するように電力変換装置を制御する。第２の給電モード時、制御装置（６）は、第１のスイッチ（Ｓ１）をオフするとともに、電力貯蔵装置（１３）から直流電力を受けて交流電力を生成するように電力変換装置を制御する。第２の給電モード時に交流電源（１）が復電した場合には、制御装置（６）は、複数のＵＰＳ（５）にそれぞれ対応する複数の前記第１のスイッチ（Ｓ１）を順次的にターンオンすることにより、複数のＵＰＳ（５）を順次的に第１の給電モードに切り替える。

Description

本発明は、無停電電源システムに関する。

コンピュータシステム等の重要負荷に交流電力を安定的に供給するための電源装置として、無停電電源装置が広く用いられている。例えば特開平１０－２５７６９２号公報（特許文献１）に開示されるように、無停電電源装置は一般に、交流電力を直流電力に変換するコンバータおよび、直流電力を交流電力に変換するインバータを備える。

商用交流電源の健全時にはコンバータは商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換し、バッテリ等の電力貯蔵装置を充電しながらインバータに直流電力を供給する。インバータは直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する。商用交流電源が停電した場合には、電力貯蔵装置からの電力がインバータに供給されることによって、インバータは負荷への交流電力の供給を継続する。

特許文献１に記載の無停電電源装置は、停電発生後に商用交流電源が復電したときに、商用交流電源が電圧降下などにより急激に変化することを抑制するために、コンバータに入力される交流入力電圧を所定の立ち上げ時間をかけて緩やかに立ち上げる、ソフトスタートを実行するように構成されている。特許文献１では、交流入力電圧を徐々に立ち上げるとともに、バッテリの放電電流を徐々に小さくするようにコンバータを制御することにより、負荷に供給される電流を一定値に保つことができる。

特開平１０－２５７６９２号公報

無停電電源装置には、コンバータに対して、商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換してインバータに供給する交流給電機能と、バッテリの直流電力をインバータに供給するバッテリ給電機能とを持たせたものが存在する。この種の無停電電源装置では、商用交流電源の停電の有無に応じて、交流給電機能およびバッテリ給電機能のいずれか一方の機能を選択的に行なうようにコンバータを制御するように構成される。

このように交流給電機能およびバッテリ給電機能にコンバータを兼用する構成とすることにより、フィルタおよび半導体モジュールなどの部品を小型化することができる。しかしながら、交流給電機能とバッテリ給電機能とを並行して行なうことができないため、商用交流電源の復電時において、交流入力電圧を徐々に立ち上げながら、バッテリの放電電流を徐々に小さくするようにコンバータを制御することができない。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、無停電電源装置の構成によらず、交流電源の復電時におけるソフトスタートを実現することができる無停電電源システムを提供することである。

本発明のある局面では、無停電電源システムは、交流電源および負荷の間に並列接続された複数の無停電電源装置と、複数の無停電電源装置を制御する制御装置とを備える。複数の無停電電源装置の各々は、交流電源および交流ノードの間に接続される第１のスイッチと、交流ノードおよび電力貯蔵装置のいずれか一方から選択的に電力を受けて交流電力を生成して負荷に供給するように構成された電力変換装置とを含む。制御装置は、交流電源の健全時には複数の無停電電源装置を第１の給電モードに設定し、交流電源の停電時には複数の無停電電源装置を第２の給電モードに設定する。第１の給電モード時、制御装置は、第１のスイッチをオンするとともに、交流ノードから交流電力を受けて交流電力を生成するように電力変換装置を制御する。第２の給電モード時、制御装置は、第１のスイッチをオフするとともに、電力貯蔵装置から直流電力を受けて交流電力を生成するように電力変換装置を制御する。第２の給電モード時に交流電源が復電した場合には、制御装置は、複数の無停電電源装置にそれぞれ対応する複数の前記第１のスイッチを順次的にターンオンすることにより、複数の無停電電源装置を順次的に第１の給電モードに切り替える。

本発明によれば、無停電電源装置の構成によらず、交流電源の復電時におけるソフトスタートを実現することができる無停電電源システムを提供することができる。

実施の形態に係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ＵＰＳの構成例を示すブロック図である。 図２に示したコンバータの構成例を示す回路図である。 ＡＣ給電モード（第１の給電モード）を示す回路ブロック図である。 バッテリ給電モード（第２の給電モード）を示す回路ブロック図である。 商用交流電源が復電した場合のＵＰＳの基本的な動作を示すタイミングチャートである。 商用交流電源の復電時における無停電電源システムの動作を示すタイミングチャートである。 図１に示したＵＰＳの他の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さない。

（無停電電源システムの構成）
図１は、実施の形態に係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を参照して、実施の形態に係る無停電電源システム１００は、商用交流電源１から供給される商用周波数の交流電力を負荷２に供給する。商用交流電源１は、三相交流電源でも単相交流電源でもよい。

無停電電源システム１００は、複数の無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterrupted Power Supply）５１～５Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、電圧検出器３と、電流検出器４と、制御装置６とを備える。

複数のＵＰＳ５１～５Ｎは、商用交流電源１および負荷２の間に並列に接続される。本実施の形態では、複数のＵＰＳ５１～５Ｎを同一容量とする。複数のＵＰＳ５１～５Ｎの容量は異なっていてもよい。以下の説明ではＵＰＳ５１～５Ｎを総称してＵＰＳ５とも称する。なお、ＵＰＳの個数Ｎは２以上であればよく、負荷２に応じて任意の値に設定することができる。

電圧検出器３は、商用交流電源１から供給される交流入力電圧Ｖｉの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号Ｖｉを制御装置６に与える。電流検出器４は、ＵＰＳ５から負荷２に流れる交流出力電流Ｉｏを検出し、その検出値を示す信号Ｉｏを制御装置６に与える。

制御装置６は、例えばマイクロコンピュータなどで構成することができる。一例として、制御装置６は、図示しないメモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）を内蔵し、メモリに予め格納されたプログラムをＣＰＵが実行することによるソフトウェア処理によって、後述する制御動作を実行することができる。あるいは、当該制御動作の一部または全部について、ソフトウェア処理に代えて、内蔵された専用の電子回路などを用いたハードウェア処理によって実現することも可能である。

制御装置６は、交流入力電圧Ｖｉおよび交流出力電流Ｉｏなどに基づいて、ＵＰＳ５１～５Ｎを制御する。具体的には、制御装置６は、交流入力電圧Ｖｉの検出値に基づいて、商用交流電源１の停電が発生したか否かを検出する。また、制御装置６は、交流入力電圧Ｖｉの位相に同期してＵＰＳ５を制御する。

図２は、図１に示したＵＰＳ５の構成例を示すブロック図である。
図２に示すように、ＵＰＳ５は、交流入力端子Ｔ１、バッテリ端子Ｔ２、交流出力端子Ｔ３、コンバータ７、直流ライン８、コンデンサ９、降圧チョッパ１０、インバータ１１、スイッチＳ１，Ｓ２および、制御部１２を備える。コンバータ７、直流ライン８、コンデンサ９、降圧チョッパ１０およびインバータ１１は「電力変換装置」を構成する。

交流入力端子Ｔ１は、商用交流電源１から商用周波数の交流電力を受ける。バッテリ端子Ｔ２は、バッテリ１３に接続される。バッテリ１３は直流電力を蓄える「電力貯蔵装置」の一実施例に対応する。バッテリ１３の代わりにコンデンサが接続されていてもよい。ＵＰＳ５ごとに個別にバッテリ１３を接続する構成としてもよく、複数のＵＰＳ５１～５Ｎにバッテリ１３を共通に接続する構成としてもよい。交流出力端子Ｔ３は、負荷２に接続される。負荷２は複数のＵＰＳ５１～５Ｎから供給される商用周波数の交流電力によって駆動される。

コンバータ７、直流ライン８およびインバータ１１は、交流入力端子Ｔ１と交流出力端子Ｔ３との間に直列接続される。コンデンサ９は、直流ライン８に接続され、直流ライン８の直流電圧を平滑化させる。降圧チョッパ１０は、バッテリ端子Ｔ２と直流ライン８との間に接続される。

スイッチＳ１の第１の端子は交流入力端子Ｔ１に接続され、スイッチＳ１の第２の端子はコンバータ７の交流ノード７ａに接続される。スイッチＳ２の第１の端子はバッテリ端子Ｔ２に接続され、スイッチＳ２の第２の端子はコンバータ７の直流ノード７ｂに接続される。スイッチＳ１は「第１のスイッチ」の一実施例に対応し、スイッチＳ２は「第２のスイッチ」の一実施例に対応する。スイッチＳ１およびＳ２のオン（導通）／オフ（非導通）は、制御装置６によって制御される。

なお、実際のＵＰＳ５では、スイッチＳ１の第２の端子とコンバータ７の交流ノード７ａとの間に入力フィルタが設けられ、インバータ１１と交流出力端子Ｔ３との間に出力フィルタが設けられるが、図面および説明の簡単化のため入力フィルタおよび出力フィルタの図示は省略されている。入力フィルタおよび出力フィルタの各々はリアクトルおよびコンデンサを含む低域通過フィルタであり、商用周波数の電流を通過させ、スイッチング周波数の電流を遮断する。

商用交流電源１から供給される交流入力電圧Ｖｉの瞬時値および交流入力端子Ｔ１に流れる交流入力電流Ｉｉの瞬時値は、制御部１２によって検出される。負荷２に供給される交流出力電圧Ｖｏの瞬時値および交流出力電流Ｉｏの瞬時値は、制御部１２によって検出される。直流ライン８の直流電圧ＶＤＣの瞬時値は、制御部１２によって検出される。バッテリ１３の端子間電圧ＶＢの瞬時値は、制御部１２によって検出される。

制御部１２は、交流入力電圧Ｖｉ、直流電圧ＶＤＣ、端子間電圧ＶＢおよび交流出力電圧Ｖｏなどに基づいて、コンバータ７、インバータ１１および降圧チョッパ１０の各々を制御する。

コンバータ７は、制御部１２によって制御され、商用交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して直流ライン８に出力する。図３は、図２に示したコンバータ７の構成例を示す回路図である。図３に示すように、コンバータ７は、例えば昇圧型の高力率コンバータであり、整流器７１と、力率改善（ＰＦＣ：Power Factor Correction）回路７２とを有する。

整流器７１は、ダイオードＤ１，Ｄ２を有する全波整流型のダイオード整流器である。整流器７１は、交流ノード７ａに入力される交流電圧を整流して直流ライン８（直流正母線ＰＬ、直流負母線ＮＬ）に出力する。整流器７１は、サイリスタ整流器であってもよい。

ＰＦＣ回路７２は、半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、リアクトルＬ１，Ｌ２と、ダイオードＤ３，Ｄ４と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを有する。半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。リアクトルＬ１、半導体スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ３は昇圧回路を構成する。リアクトルＬ２、半導体スイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ４は昇圧回路を構成する。

コンバータ７は、ダイオードＤ５，Ｄ６，Ｄ７をさらに有する。バッテリ１３は、スイッチＳ２およびダイオードＤ５，Ｄ６，Ｄ７を介してＰＦＣ回路７２に接続される。スイッチＳ２がオンされると、バッテリ１３の端子間電圧ＶＢがＰＦＣ回路７２に入力される。

商用交流電源１から交流電力が正常に供給されている場合（商用交流電源１の健全時）において、スイッチＳ１がオンされているときには、コンバータ７は、商用交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して直流ライン８（直流正母線ＰＬおよび直流負母線ＮＬ）に出力する。このとき、直流ライン８の直流電圧ＶＤＣが参照直流電圧ＶＤＣｒになるように、コンバータ７が制御される。

一方、商用交流電源１の停電時において、スイッチＳ２がオンされているときには、コンバータ７は、バッテリ１３の端子間電圧ＶＢを昇圧して直流ライン８に与える昇圧動作を行なう。すなわち、コンバータ７は、商用交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して直流ライン８に出力する動作と、バッテリ１３の端子間電圧ＶＢを昇圧して直流ライン８に出力する動作とのうちのいずれかの動作を選択的に行なう。

図２に戻って、降圧チョッパ１０は、制御部１２によって制御され、商用交流電源１の停電時において直流ライン８の直流電圧ＶＤＣを降圧してバッテリ１３に与える降圧動作を行なう。これによりバッテリ１３に直流電力が蓄えられる。降圧チョッパ１０は、複数組のＩＧＢＴおよびダイオードと、リアクトルとを含む周知のものである。

インバータ１１は、制御部１２によって制御され、コンバータ７から直流ライン８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負荷２に供給する。インバータ１１は、複数組のＩＧＢＴおよびダイオードを含む周知のものである。

（無停電電源システムの動作）
次に、実施の形態に係る無停電電源システム１００の動作を説明する。

実施の形態に係る無停電電源システム１００は、動作モードとして、交流（ＡＣ）給電モードと、バッテリ給電モードとを有する。制御装置６は、商用交流電源１の停電の有無に基づいて、ＡＣ給電モードおよびバッテリ給電モードのうちのいずれかの動作モードを選択し、選択した動作モードを実行する。ＡＣ給電モードは「第１の給電モード」に対応し、バッテリ給電モードは「第２の給電モード」に対応する。

図４は、ＡＣ給電モード（第１の給電モード）を示す回路ブロック図である。
図４に示すように、商用交流電源１の健全時には、制御装置６は、ＡＣ給電モードを選択する。ＡＣ給電モードを選択した場合には、制御装置６は、商用交流電源１からスイッチＳ１を介してコンバータ７に交流電力が供給されるようにスイッチＳ１をオンさせる。また、制御装置６は、スイッチＳ２をオフさせる。

ＵＰＳ５において、制御部１２は、商用交流電源１からスイッチＳ１を介して供給される交流電力を直流電力に変換するようにコンバータ７を制御する。また、制御部１２は、コンバータ７からの直流電力を交流電力に変換して負荷２に供給するようにインバータ１１を制御する。制御部１２はさらに、コンバータ７からの直流電力をバッテリ１３に蓄えるように降圧チョッパ１０を制御する。図４に示すように、商用交流電源１の出力電力をＰａｃとし、インバータ１１の出力電力をＰｏとすると、ＡＣ給電モード時、出力電力Ｐｏは基本的に出力電力Ｐａｃに等しくなる。

図５は、バッテリ給電モード（第２の給電モード）を示す回路ブロック図である。ＡＣ給電モードを実行している場合において商用交流電源１の停電が発生した場合には、制御装置６は、バッテリ給電モードを選択する。

図５に示すように、バッテリ給電モードを選択した場合には、制御装置６は、バッテリ１３からスイッチＳ２を介してコンバータ７に直流電力が供給されるようにスイッチＳ２をオンさせる。また、制御装置６は、スイッチＳ１をオフさせる。

ＵＰＳ５において、制御部１２は、バッテリ１３からスイッチＳ２を介して供給される直流電力を昇圧してインバータ１１に供給するようにコンバータ７を制御する。また、制御部１２は、コンバータ７からの直流電力を交流電力に変換して負荷２に供給するようにインバータ１１を制御する。図５に示すように、バッテリ１３の出力電力をＰｂとすると、バッテリ給電モード時、出力電力Ｐｏは出力電力Ｐｂに等しくなる。

バッテリ給電モードを実行してる場合において商用交流電源１が復電したときには、制御装置６はＡＣ給電モードを選択する。ＡＣ給電モードを選択した場合には、制御装置６は、図４に示すように、再びスイッチＳ１をオンさせるとともに、再びスイッチＳ２をオフさせる。図６は、商用交流電源１が復電した場合のＵＰＳ５の基本的な動作を示すタイミングチャートである。図６の縦軸はバッテリ１３の出力電力Ｐｂおよび商用交流電源１の出力電力Ｐａｃを示し、横軸は時間を示している。出力電力Ｐｂ，Ｐａｃの各々は、１個のＵＰＳ５におけるインバータ１１の出力電力Ｐｏを１００％としている。なお、インバータ１１の出力電力Ｐｏは、負荷２の消費電力ＰｌをＵＰＳ５の個数Ｎで除算したものに等しい（Ｐｏ＝Ｐｌ／Ｎ）。

図６において、時刻ｔＡは商用交流電源１に停電が発生しているタイミングである。時刻ｔ０は商用交流電源１が復電したタイミングである。時刻ｔＢは商用交流電源１が健全であるタイミングである。

ＵＳＰ５は、時刻ｔ０よりも前の期間（商用交流電源１の停電時）、バッテリ給電モードに設定されている。バッテリ給電モード時、制御装置６は、ＵＰＳ５のスイッチＳ１をオフさせるとともに、スイッチＳ２をオンさせる。

時刻ｔ０にて商用交流電源１が復電すると、ＵＰＳ５はバッテリ給電モードからＡＣ給電モードに切り替えられる。時刻ｔ０において、制御装置６は、スイッチＳ１をターンオンさせるとともに、スイッチＳ２をターンオフさせる。これにより、時刻ｔ０よりも後の期間（商用交流電源１の健全時）、ＵＰＳ５はＡＣ給電モードに設定される。

図６に示すように、商用交流電源１の復電時（時刻ｔ０）においてスイッチＳ１をターンオンさせた場合には、交流入力電圧Ｖｉの立ち上がりによって突入電流が流れることにより、商用交流電源１に対して電圧変動などの影響を与えることがある。その結果、商用交流電源１に接続される他の負荷（図示せず）に擾乱を発生させることが懸念される。

なお、復電時における商用交流電源への影響を抑制するために、従来のＵＰＳでは、コンバータの交流入力電圧の立ち上がりを緩やかにする、ソフトスタート制御が採用されている。例えば、特許文献１では、商用交流電源の復電時において、コンバータの交流入力電圧を所定の電圧立ち上げ時間（ｄＶｉ／ｄｔ）をかけて緩やかに立ち上げるように、コンバータを制御する。交流入力電圧を徐々に立ち上げることにより、コンバータの交流入力電流も徐々に立ち上げることができる。

特許文献１ではさらに、コンバータの交流入力電流を徐々に大きくするとともに、バッテリの放電電流を徐々に小さくすることにより、負荷に供給する電流（すなわち、インバータ出力電流）を一定値に保っている。これにより、商用交流電源が復電した場合において、負荷の運転を安定的に継続することができる。

しかしながら、図３に示したＵＰＳ５の構成例では、降圧チョッパ１０はバッテリ１３の充電のみを行なうことができ、バッテリ１３を放電させることができない。また、コンバータ７は、商用交流電源１からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換動作（図４参照）と、バッテリ１３の端子間電圧ＶＢを昇圧して直流ライン８に与える放電動作（図５参照）とのいずれか一方を選択して実行することが可能となっている。

このように、ＵＰＳ５は、コンバータ７を、商用交流電源１からの給電（ＡＣ給電）および、バッテリ１３からの給電（バッテリ給電）に兼用するように構成されるため、ＡＣ給電とバッテリ給電とを並行して行なうことができない。そのため、ＵＰＳ５は、従来のＵＰＳのように、コンバータ７の交流入力電圧を徐々に立ち上げながら、バッテリ１３の放電電流を徐々に小さくすることができない。したがって、商用交流電源１の復電時にＵＰＳ５をソフトスタートさせることが困難となっている。

そこで、本実施の形態に係る無停電電源システム１００は、複数のＵＰＳ５１～５Ｎを並列接続する構成を採用するとともに、商用交流電源１の復電時には、これら複数のＵＰＳ５１～５Ｎを順次的にＡＣ給電モードに切り替える。これにより、無停電電源システム１００全体でソフトスタートを実現する。

図７は、商用交流電源１の復電時における無停電電源システム１００の動作を示すタイミングチャートである。図７の縦軸は各ＵＰＳ５におけるバッテリ１３の出力電力Ｐｂおよび商用交流電源１の出力電力Ｐａｃと、無停電電源システム１００全体における出力電力Ｐｂの合計値Ｐｂ＿ｔｏｔａｌおよび出力電力Ｐａｃの合計値Ｐａｃ＿ｔｏｔａｌとを示し、横軸は時間を示している。

出力電力Ｐｂ，Ｐａｃの各々は、１個のＵＰＳ５におけるインバータ１１の出力電力Ｐｏを１００％としている。インバータ１１の出力電力Ｐｏは、負荷２の消費電力ＰｌをＵＰＳ５の個数Ｎで除算したものに等しい（Ｐｏ＝Ｐｌ／Ｎ）。一方、出力電力Ｐｂ＿ｔｏｔａｌ，Ｐａｃ＿ｔｏｔａｌの各々は、負荷２の消費電力Ｐｌを１００％としている。

図７において、時刻ｔ１は商用交流電源１が復電したタイミングである。すなわち、時刻ｔ１よりも前の期間、複数のＵＰＳ５１～５Ｎはいずれもバッテリ給電モードに設定されている。すなわち、各ＵＰＳ５において、スイッチＳ１はオフされ、スイッチＳ２はオンされている（図５参照）。出力電力Ｐｂ＿ｔｏｔａｌは、複数のＵＰＳ５１～５Ｎの出力電力Ｐｂを合計したものに等しく、かつ、消費電力Ｐｌに等しい。

時刻ｔ１にて商用交流電源１が復電すると、制御装置６は、複数のＵＰＳ５１～５Ｎを順次的にＡＣ給電モードに切り替える。具体的には、制御装置６は、複数のスイッチＳ１を順次的にターンオンさせるとともに、複数のスイッチＳ２を順次的にターンオフさせる。

図７の例では、制御装置６は、最初に第１のＵＰＳ５１のスイッチＳ１をターンオンさせ、かつ、スイッチＳ２をターンオフさせる。このとき、制御装置６は、残りの（Ｎ－１）個のＵＰＳ５２～５Ｎについては、スイッチＳ１をオフに維持し、スイッチＳ２をオンに維持する。これにより、時刻ｔ１では、第１のＵＰＳ５１のみがＡＣ給電モードに切り替えられる。

時刻ｔ１にて第１のＵＰＳ５１がＡＣ給電モードに切り替えられたことにより、出力電力Ｐｂ＿ｔｏｔａｌは出力電力Ｐｂだけ減少し、出力電力Ｐａｃ＿ｔｏｔａｌは出力電力Ｐａｃだけ増加する。ただし、Ｐｂ＝Ｐａｃ＝Ｐｏであるため、無停電電源システム１００から負荷２に供給される電力は一定値に保たれている。

次に、時刻ｔ１から所定時間Δｔが経過した時刻ｔ２にて、制御装置６は、第２のＵＰＳ５２のスイッチＳ１をターンオンさせ、かつ、スイッチＳ２をターンオフさせる。このとき、制御装置６は、残りの（Ｎ－２）個のＵＰＳ５３～５Ｎについては、スイッチＳ１をオフに維持し、スイッチＳ２をオンに維持する。これにより、時刻ｔ２では、第２のＵＰＳ５２のみがＡＣ給電モードに切り替えられる。その結果、第１のＵＰＳ５１および第２のＵＰＳ５２がＡＣ給電モードを実行し、第３～第ＮのＵＰＳ５３～５Ｎがバイパス給電モードを実行することになる。

時刻ｔ２にて第２のＵＰＳ５２がＡＣ給電モードに切り替えられたことにより、出力電力Ｐｂ＿ｔｏｔａｌは出力電力Ｐｂだけさらに減少し、出力電力Ｐａｃ＿ｔｏｔａｌは出力電力Ｐａｃだけさらに増加する。ただし、Ｐｂ＝Ｐａｃ＝Ｐｏであるため、無停電電源システム１００から負荷２に供給される電力は一定値に保たれている。

制御装置６は、時刻ｔ２から所定時間Δｔが経過した時刻ｔ３から時刻ｔＮまでの期間、残りの（Ｎ－２）個のＵＰＳ５３～５Ｎを順次的にＡＣ給電モードに切り替える。ＵＰＳ５がＡＣ給電モードに切り替えられるごとに出力電力Ｐｂ＿ｔｏｔａｌが出力電力Ｐｂだけ減少し、出力電力Ｐａｃ＿ｔｏｔａｌが出力電力Ｐａｃだけ増加する。ただし、Ｐｂ＝Ｐａｃ＝Ｐｏであるため、無停電電源システム１００から負荷２に供給される電力は一定値に保たれている。

時刻ｔＮにて第ＮのＵＰＳ５ＮがＡＣ給電モードに切り替えられると、複数のＵＰＳ５１～５ＮはいずれもＡＣ給電モードに設定される。出力電力Ｐａｃ＿ｔｏｔａｌは、複数のＵＰＳ５１～５Ｎの出力電力Ｐａｃを合計したものに等しく、かつ、消費電力Ｐｌに等しい。

このように制御装置６は、複数のＵＰＳ５１～５ＮのスイッチＳ１を順次的にターンオンし、かつスイッチＳ２を順次的にターンオフすることにより、複数のＵＰＳ５１～５Ｎを順次的にＡＣ給電モードに切り替える。これによると、無停電電源システム１００全体では、商用交流電源１の復電時においてバッテリ給電からＡＣ給電に緩やかに切り替えられることになる。時刻ｔ１以降、複数のＵＰＳ５１～５Ｎが順次的にＡＣ給電モードに切り替えられることに応じて、商用交流電源１からの交流入力電圧Ｖｉおよび交流入力電流Ｉｉが徐々に立ち上がるソフトスタートが実現される。よって、復電時における商用交流電源１への影響を抑制することができる。また、交流入力電圧Ｖｉおよび交流入力電流Ｉｉが徐々に立ち上がるとともに、バッテリ１３の放電電流が徐々に小さくなるため、復電時においても負荷２に一定電力を供給し続けることができる。

なお、図７では、複数のＵＰＳ５１～５Ｎを１個ずつ順次的にＡＣ給電モードに切り替える構成について説明したが、複数のＵＰＳ５１～５Ｎを、各々が１または複数のＵＰＳからなる複数のグループに分割し、グループ単位で順次的にＡＣ給電モードに切り替える構成としてもよい。

また、図７では、一定の時間差（所定時間Δｔ）で複数のＵＰＳ５１～５Ｎを順次ＡＣ給電モードに切り替える構成について説明したが、必ずしも時間差Δｔは一定でなくてもよい。

（その他の構成例）
上述した実施の形態では、ＡＣ給電およびバッテリ給電にコンバータ７を兼用するように構成されたＵＰＳ５を説明したが、本発明はＡＣ給電およびバッテリ給電をコンバータおよびチョッパにて互いに独立して実行するように構成されたＵＰＳにも適用可能である。図８は、図１に示したＵＰＳ５の他の構成例を示すブロック図である。本変更例に係るＵＰＳ５は、図２に示したＵＰＳ５からスイッチＳ２（第２のスイッチ）を除くとともに、コンバータ７および降圧チョッパ１０を、コンバータ７Ａおよび双方向チョッパ１０Ａにそれぞれ置き換えたものである。コンバータ７Ａ、直流ライン８、コンデンサ９、双方向チョッパ１０Ａおよびインバータ１１は「電力変換装置」を構成する。

コンバータ７Ａは、制御部１２によって制御され、商用交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して直流ライン８に出力する。コンバータ７Ａは、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コンバータである。コンバータ７は、複数組のＩＧＢＴおよびダイオードを含む周知のものである。

商用交流電源１の健全時において、スイッチＳ１がオンされているときには、コンバータ７は、商用交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して直流ライン８に出力する。このとき、直流ライン８の直流電圧ＶＤＣが参照直流電圧ＶＤＣｒになるように、コンバータ７が制御される。一方、商用交流電源１の停電時には、制御部１２は、コンバータ７の運転を停止させる。

双方向チョッパ１０Ａは、制御部１２によって制御され、直流ライン８とバッテリ１３との間で直流電力を授受する。双方向チョッパ１０Ａは、複数組のＩＧＢＴおよびダイオードと、リアクトルとを含む周知のものである。双方向チョッパ１０Ａは、直流ライン８の直流電圧ＶＤＣを降圧してバッテリ１３に与える降圧動作と、バッテリ１３の端子間電圧ＶＢを昇圧して直流ライン８に与える昇圧動作とのうちのいずれかの動作を選択的に行なう。

商用交流電源１の健全時には、双方向チョッパ１０Ａは、バッテリ１３の端子間電圧ＶＢが参照バッテリ電圧ＶＢｒになるように直流ライン８からバッテリ１３に直流電力を供給する。一方、商用交流電源１の停電時には、双方向チョッパ１０Ａは、直流ライン８の直流電圧ＶＤＣが参照直流電圧ＶＤＣｒになるように、バッテリ１３から直流ライン８に直流電力を供給する。これにより、インバータ１１の出力電力Ｐｏに相当する直流電力がバッテリ１３のみから供給される。

本変更例に係るＵＰＳ５によれば、コンバータ７ＡによってＡＣ給電が実行され、双方向チョッパ１０Ａによってバッテリ給電が実行される。したがって、従来のＵＰＳと同様に、制御部１２は、商用交流電源１の復電時には、コンバータ７Ａの交流入力電流を徐々に大きくするとともに、バッテリ１３の放電電流を徐々に小さくするように制御することによってソフトスタートを実現することができる。

しかしながら、本実施の形態に係る無停電電源システム１００によれば、商用交流電源１に対して並列接続される複数のＵＰＳ５１～５Ｎを順次的にＡＣ給電モードに切り替える構成とすることにより、各ＵＰＳ５が従来のソフトスタート制御を行なう必要がなく、無停電電源システム１００全体でソフトスタートを実現することができる。

具体的には、制御装置６は、複数のＵＰＳ５１～５Ｎの間で、スイッチＳ１をターンオンするタイミングに差を設けることにより、複数のＵＰＳ５１～５Ｎを順次ＡＣ給電モードに切り替える。各ＵＰＳ５では、制御部１２は、スイッチＳ１がターンオンされると、双方向チョッパ１０Ａにおける昇圧動作を停止させる。これによると、図７のタイミングチャートと同様に、出力電力Ｐａｃ＿ｔｏｔａｌを徐々に大きくするとともに、出力電力Ｐｂ＿ｔｏｔａｌを徐々に小さくすることができる。

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請求の範囲によって示され、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。

１ 商用交流電源、２ 負荷、５，５１～５Ｎ ＵＰＳ、７ コンバータ、８ 直流ライン、９ コンデンサ、１０ 降圧チョッパ、１０Ａ 双方向チョッパ、１１ インバータ、１２ 制御部、１３ バッテリ（電力貯蔵装置）、１００ 無停電電源システム、Ｓ１ スイッチ（第１のスイッチ）、Ｓ２ スイッチ（第２のスイッチ）。

Claims (3)

1. 交流電源および負荷の間に並列接続された複数の無停電電源装置と、
   前記複数の無停電電源装置を制御する制御装置とを備え、
   前記複数の無停電電源装置の各々は、
   前記交流電源および交流ノードの間に接続される第１のスイッチと、
   前記交流ノードおよび電力貯蔵装置のいずれか一方から選択的に電力を受けて交流電力を生成して前記負荷に供給するように構成された電力変換装置とを含み、
   前記制御装置は、前記交流電源の健全時には前記複数の無停電電源装置を第１の給電モードに設定し、前記交流電源の停電時には前記複数の無停電電源装置を第２の給電モードに設定し、
   前記第１の給電モード時、前記制御装置は、前記第１のスイッチをオンするとともに、前記交流ノードから交流電力を受けて交流電力を生成するように前記電力変換装置を制御し、
   前記第２の給電モード時、前記制御装置は、前記第１のスイッチをオフするとともに、前記電力貯蔵装置から直流電力を受けて交流電力を生成するように前記電力変換装置を制御し、
   前記第２の給電モード時に前記交流電源が復電した場合には、前記制御装置は、前記複数の無停電電源装置にそれぞれ対応する複数の前記第１のスイッチを順次的にターンオンすることにより、前記複数の無停電電源装置を順次的に前記第１の給電モードに切り替えるように構成され、
   前記電力変換装置は、
   前記交流ノードと、前記電力貯蔵装置からの直流電力を受ける直流ノードとを有し、前記交流ノードおよび前記直流ノードのいずれか一方から選択的に電力を受けて直流電力を生成するコンバータと、
   前記コンバータから供給される直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給するインバータと、
   前記電力貯蔵装置および前記直流ノードの間に接続される第２のスイッチとを含み、
   前記第１の給電モード時、前記制御装置は、前記第１のスイッチをオンするとともに、前記第２のスイッチをオフし、
   前記第２の給電モード時、前記制御装置は、前記第１のスイッチをオフするとともに、前記第２のスイッチをオンし、
   前記第２の給電モード時に前記交流電源が復電した場合には、前記制御装置は、複数の前記第１のスイッチを順次的にターンオンするとともに、前記複数の無停電電源装置にそれぞれ対応する複数の前記第２のスイッチを順次的にターンオフすることにより、前記複数の無停電電源装置を順次的に前記第１の給電モードに切り替える、無停電電源システム。
2. 前記コンバータは、
   前記交流ノードからの交流電力を受ける整流器と、
   前記整流器の出力を受ける力率改善回路とを有しており、
   前記電力貯蔵装置は、前記第２のスイッチを介して前記力率改善回路に接続される、請求項１に記載の無停電電源システム。
3. 交流電源および負荷の間に並列接続された複数の無停電電源装置と、
   前記複数の無停電電源装置を制御する制御装置とを備え、
   前記複数の無停電電源装置の各々は、
   前記交流電源および交流ノードの間に接続される第１のスイッチと、
   前記交流ノードおよび電力貯蔵装置のいずれか一方から選択的に電力を受けて交流電力を生成して前記負荷に供給するように構成された電力変換装置とを含み、
   前記制御装置は、前記交流電源の健全時には前記複数の無停電電源装置を第１の給電モードに設定し、前記交流電源の停電時には前記複数の無停電電源装置を第２の給電モードに設定し、
   前記第１の給電モード時、前記制御装置は、前記第１のスイッチをオンするとともに、前記交流ノードから交流電力を受けて交流電力を生成するように前記電力変換装置を制御し、
   前記第２の給電モード時、前記制御装置は、前記第１のスイッチをオフするとともに、前記電力貯蔵装置から直流電力を受けて交流電力を生成するように前記電力変換装置を制御し、
   前記第２の給電モード時に前記交流電源が復電した場合には、前記制御装置は、前記複数の無停電電源装置にそれぞれ対応する複数の前記第１のスイッチを順次的にターンオンすることにより、前記複数の無停電電源装置を順次的に前記第１の給電モードに切り替えるように構成され、
   前記電力変換装置は、
   前記交流ノードからの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記コンバータおよび前記電力貯蔵装置から選択的に直流電力を受けて交流電力に変換するインバータと、
   前記インバータと前記電力貯蔵装置との間で直流電力を授受する双方向チョッパとを含み、
   前記第１の給電モード時、前記制御装置は、前記第１のスイッチをオンするとともに、前記交流ノードから交流電力を受けて交流電力を生成するように前記コンバータおよび前記インバータを制御し、
   前記第２の給電モード時、前記制御装置は、前記第１のスイッチをオフするとともに、前記電力貯蔵装置から直流電力を受けて交流電力を生成するように前記双方向チョッパおよび前記インバータを制御し、
   前記第２の給電モード時に前記交流電源が復電した場合には、前記制御装置は、複数の前記第１のスイッチを順次的にターンオンするとともに、前記複数の無停電電源装置にそれぞれ対応する複数の前記双方向チョッパを順次的に停止することにより、前記複数の無停電電源装置を順次的に前記第１の給電モードに切り替える、無停電電源システム。

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