JPWO2012169045A1

JPWO2012169045A1 - 無停電電源システム

Info

Publication number: JPWO2012169045A1
Application number: JP2013519310A
Authority: JP
Inventors: 豊田　勝; 勝豊田
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2015-02-23
Anticipated expiration: 2031-06-09
Also published as: WO2012169045A1; CN107317391A; WO2012169045A9; CN103608996A; BR112013031634A2; BR112013031634B1; US20140054967A1; JP5631490B2; US9444286B2

Abstract

本発明は、負荷に対して並列に接続され、電源の状況に応じて負荷に電力を供給する電源を切替える複数の無停電電源装置（１０，２０，３０）、無停電電源装置（１０，２０，３０）の電源を切替える動作を制御する制御部（３）、複数の無停電電源装置（１０，２０，３０）に共通に接続される蓄電池（５）を備える無停電電源システム（１００）である。無停電電源装置（１０，２０，３０）は、交流電源の交流電力を直流電力に順変換するコンバータ（１５，２５，３５）と、コンバータ（１５，２５，３５）で変換した直流電力と、蓄電池（５）から入力する直流電力とを切替えるコンタクタ（４１，４２，４３）と、直流電力を交流電力に逆変換し、負荷に電力を供給するインバータ（１７，２７，３７）とを有している。制御部（３）は、複数のコンバータ（１５，２５，３５）のうち、負荷に必要な電力量の供給に寄与しないコンバータ（１５，２５，３５）を停止する。

Description

本発明は、交流電力を直流電力に順変換し、順変換した直流電力または、蓄電池の直流電力を交流電力に逆変換して、負荷に電力を供給する無停電電源装置を複数並列に接続した無停電電源システムに関する。

特開２０１１−７２０６８号公報（特許文献１）に開示してある無停電電源システムは、複数の無停電電源装置と、無停電電源装置の故障時に瞬断でバイパス電源に切り換える切換回路と、切換回路の出力を開閉するスイッチを備えている。そして、特許文献１に開示してある無停電電源システムは、スイッチにより、切換回路と負荷との接続を選択することができるようにして、１台の無停電電源装置に接続する構成、又は複数台の無停電電源装置を並列に接続する構成を選択することができる。

そのため、特許文献１に開示してある無停電電源システムは、無停電電源装置の１台が故障しても短時間で給電することができ、無停電電源装置の修理に要する時間内のバイパス電源の停電による負荷の停止の危険を小さくできる。

特開２０１１−７２０６８号公報

従来の無停電電源システムは、信頼性の向上を必要とするため、複数の無停電電源装置を並列に接続し、共通の蓄電池で並列運転している。また従来の無停電電源システムは、負荷に必要な電力量（実電力量）に関係なく、無停電電源装置の電力量合計が定格電力量合計より小さければ、すべての台数の無停電電源装置を起動している。そのため、従来の無停電電源システムは、並列に接続した複数の無停電電源装置の利用効率が悪いという問題があった。

また、無停電電源装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ（順変換部）と、直流電力を交流電力に変換するインバータ（逆変換部）とを備えており、無停電電源装置を起動している限り、コンバータおよびインバータを構成している半導体素子で電力の損失を生じる。そのため、従来の無停電電源システムは、無停電電源装置での電力の損失により消費電力を低減することができないという問題があった。

さらに、従来の無停電電源システムは、並列に接続した複数の無停電電源装置のいずれかの装置を停止した場合、停止した無停電電源装置を構成するコンバータおよびインバータを含むすべての回路を停止している。そのため、従来の無停電電源システムでは、負荷に必要な電力量を供給するため、停止した無停電電源装置を再起動する場合、すべての回路を順に起動することが必要となり、停止した無停電電源装置の起動時間が長くなる。

それゆえに、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、並列に接続した複数の無停電電源装置の利用効率が高く、消費電力を低減することができる無停電電源システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、負荷に対して並列に接続され、電源の状況に応じて負荷に電力を供給する電源を切替える複数の無停電電源装置と、無停電電源装置の電源を切替える動作を制御する制御部と、複数の無停電電源装置に共通に接続される蓄電池とを備える無停電電源システムである。無停電電源装置は、交流電源の交流電力を直流電力に順変換する順変換部と、順変換部で変換した直流電力と、蓄電池から入力する直流電力とを切替える切替部と、順変換部で順変換した直流電力、または蓄電池から入力する直流電力を交流電力に逆変換し、負荷に電力を供給する逆変換部とを有している。制御部は、複数の順変換部のうち、負荷に必要な電力量の供給に寄与しない順変換部を停止する。

本発明に係る無停電電源システムによれば、起動している無停電電源装置（順変換部）が出力する定格電力量合計に比べて、負荷に必要な電力量が少ない（低負荷）の場合、制御部が、複数の順変換部のうち、負荷に必要な電力量の供給に寄与しない順変換部を停止するので、並列に接続した複数の無停電電源装置の利用効率を高めることができる。また、本発明に係る無停電電源システムは、負荷に必要な電力量の供給に寄与しない順変換部を停止するので、停止した順変換部の電力の損失を抑え、消費電力を低減することができる。さらに、本発明に係る無停電電源システムは、順変換部のみを停止するので、無停電電源装置のすべての回路を停止する場合に比べて、停止した無停電電源装置の起動時間を短くすることができる。

本発明の実施の形態１に係る無停電電源システムの構成を示す概略図である。本発明の実施の形態１に係る無停電電源システムのコンバータの構成を示す回路図である。ＩＧＢＴのスイッチング損失を説明するためのタイミングチャートである。本発明の実施の形態１に係る無停電電源システムの動作を説明するためのフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る無停電電源システムの動作を説明するためのフローチャートである。本発明の実施の形態３に係る無停電電源システムの動作を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無停電電源システムの構成を示す概略図である。図１に示す無停電電源システム１００は、交流入力部１、入出力・切替部２、制御部３、直流分岐部４、蓄電池５、出力部６、交流出力部７，８、無停電電源装置１０，２０，３０を含んでいる。

交流入力部１は、図示していない交流電源と接続して、無停電電源装置１０，２０，３０に電力を供給する。ここで、交流入力部１に接続する交流電源は、商用電源または自家用発電機等の交流電源である。

交流出力部７，８は、図示していない負荷（コンピュータ、通信機器など）と接続して、無停電電源装置１０，２０，３０から負荷に電力を供給する。ここで、交流出力部７，８は、たとえば無停電電源装置１０，２０，３０から供給する電力が三相交流電力の場合、負荷と三相三線式配電線で接続する。

入出力・切替部２は、交流入力部１と無停電電源装置１０，２０，３０との接続、および無停電電源装置１０，２０，３０と交流出力部７，８との接続を切替え、負荷に電力を供給する。なお、入出力・切替部２は、無停電電源装置１０，２０，３０に対して保守作業を行なうときに、交流入力部１と交流出力部７，８とを繋ぐ保守バイパス配線を含んでいる。保守バイパス配線には、遮断機７１、変圧器７２、スイッチ７３、サイリスタスイッチ７４およびコンタクタ７５を含んでいる。遮断機７１は、保守バイパス配線に大電力が急激に流込むのを遮断するスイッチである。変圧器７２は、交流入力部１の交流電圧を変換する絶縁用変圧器である。スイッチ７３は、変圧器７２とサイリスタスイッチ７４とを接続するスイッチである。サイリスタスイッチ７４は、無停電電源装置１０，２０，３０の出力電力を、出力部６のコンタクタ６１〜６３より高速に切替えることができる半導体スイッチである。コンタクタ７５は、保守バイパス配線を介して交流入力部１の交流電力を交流出力部７，８に出力するためのスイッチである。

入出力・切替部２は、交流入力部１と無停電電源装置１０との間に、大電力が急激に流込むのを遮断するための遮断機１１を含んでいる。同様に、入出力・切替部２は、交流入力部１と無停電電源装置２０との間に遮断機２１を、交流入力部１と無停電電源装置３０との間に遮断機３１をそれぞれ含んでいる。

また、入出力・切替部２は、交流入力部１と無停電電源装置１０との間に、交流入力部１の交流電圧を変換する変圧器１２を含んでいる。同様に、入出力・切替部２は、交流入力部１と無停電電源装置２０との間に変圧器２２を、交流入力部１と無停電電源装置３０との間に変圧器３２をそれぞれ含んでいる。

さらに、入出力・切替部２は、保守バイパス配線と交流出力部７，８とを接続するスイッチ７６、および無停電電源装置１０，２０，３０と交流出力部７，８とを接続するスイッチ７７〜７９を含んでいる。

無停電電源装置１０は、コンタクタ１３、交流リアクトル１４、コンバータ１５、電解コンデンサ１６、インバータ１７、変圧器１８およびコンデンサ１９を含んでいる。コンタクタ１３は、変圧器１２で電圧を変圧した交流電力を無停電電源装置１０に入力するためのスイッチである。交流リアクトル１４は、無停電電源装置１０に入力した交流電力の波形を整形するためのフィルタである。コンバータ１５は、交流リアクトル１４で波形を整形した交流電力を直流電力に順変換する順変換部である。

図２は、本発明の実施の形態１に係る無停電電源システム１００のコンバータ１５の構成を示す回路図である。図２に示すコンバータ１５は、電源の正側と負荷との間に並列に接続された３つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１５１と、電源の負側と負荷との間に並列に接続された３つのＩＧＢＴ１５２と、ＩＧＢＴ１５１，１５２のそれぞれに並列に接続されたＦＷＤ（Free Wheeling Diode）１５３とを含んでいる。

コンバータ１５は、それぞれのＩＧＢＴ１５１，１５２を適切なタイミングで駆動することにより、交流電力を直流電力に順変換することができる。ＩＧＢＴ１５１，１５２を駆動することで生じる損失には、ＩＧＢＴ１５１，１５２に電流を通電することで生じる定常損失と、ＩＧＢＴ１５１，１５２をスイッチングすることにより生じるスイッチング損失とがある。

図３は、ＩＧＢＴ１５１，１５２のスイッチング損失を説明するためのタイミングチャートである。図３に示す波形は、ＩＧＢＴ１５１，１５２のゲート電極に印加する電圧Ｖの波形と、ＩＧＢＴ１５１，１５２のコレクタ電極とエミッタ電極との間に流れる電流Ｉの波形をそれぞれ示している。ＩＧＢＴ１５１，１５２は、ゲート電極に印加する電圧Ｖが立下がるタイミングでオン状態となり、コレクタ電極とエミッタ電極との間に電流Ｉが流れ始める。ゲート電極に印加する電圧Ｖが立下がってから、コレクタ電極とエミッタ電極との間に流れる電流Ｉが定常状態となるまでの時間をスイッチング時間ｔとすると、ＩＧＢＴ１５１，１５２のスイッチング損失Ｐ_ｓｗは、スイッチング時間ｔにＩＧＢＴ１５１，１５２で消費される電力（電圧Ｖ×電流Ｉ）を掛けたものとなる。つまり、スイッチング損失Ｐ_ｓｗ＝電圧Ｖ×電流Ｉ×スイッチング時間ｔとなる。そのため、起動している複数のコンバータが出力する定格電力量合計に比べて、負荷に必要な電力量が少ない（低負荷）の場合、負荷に必要な電力量の供給に寄与しないコンバータであっても、停止しない限りＩＧＢＴがスイッチングするたびに、スイッチング損失Ｐ_ｓｗを生じる。

コンバータ１５は、ＩＧＢＴ１５１，１５２を用いているので、スイッチング時間ｔが０．２５μｍと高速である。しかし、コンバータ１５は、半導体スイッチであればＩＧＢＴ１５１，１５２に限定されるものではなく、バイポーラやサイリスタなどを用いてもよい。なお、バイポーラを用いた場合、スイッチング時間ｔは２．５μｍと、ＩＧＢＴを用いた場合に比べて遅くなる。

また、図３に示す電圧Ｖの波形が、立下がっても０（ゼロ）Ｖにならないのは、ＩＧＢＴ１５１，１５２に定常損失Ｐ_ｃが生じているためである。そのため、起動している複数のコンバータが出力する定格電力量合計に比べて、負荷に必要な電力量が少ない（低負荷）の場合、負荷に必要な電力量の供給に寄与しないコンバータであっても、停止しない限りＩＧＢＴが定常損失Ｐ_ｃを生じる。

そこで、本発明の実施の形態１に係る無停電電源システム１００は、後述するように、負荷に必要な電力量が少ない（低負荷）の場合、負荷に必要な電力量の供給に寄与しないコンバータを停止することで、スイッチング損失Ｐ_ｓｗおよび定常損失Ｐ_ｃを抑え、消費電力を低減している。

図１に戻って、電解コンデンサ１６は、コンバータ１５で順変換した直流電力を平滑するための平滑コンデンサである。インバータ１７は、電解コンデンサ１６で平滑した直流電力、または蓄電池５から入力する直流電力を交流電力に逆変換する逆変換部である。コンバータ１５とインバータ１７とは、交流電力を直流電力に順変換するか、直流電力を交流電力に逆変換するかの違いのみであるため、回路構成は同じである。そのため、インバータ１７も、図２に示すように、電源の正側と負荷との間に並列に接続された３つのＩＧＢＴ１５１と、電源の負側と負荷との間に並列に接続された３つのＩＧＢＴ１５２と、ＩＧＢＴ１５１，１５２のそれぞれに並列に接続されたＦＷＤ１５３とを含む構成である。

変圧器１８は、インバータ１７で逆変換した交流電力の電圧を変圧する。コンデンサ１９は、変圧器１８で変圧した交流電力の波形を整形するためのフィルタである。コンデンサ１９で波形を整形した交流電力は、無停電電源装置１０から出力される。無停電電源装置１０から出力された交流電力は、出力部６のコンタクタ６１を介して交流出力部７，８から出力される。

出力部６は、コンタクタ６１〜６３を含んでいる。出力部６は、コンタクタ６１〜６３を切替えることで、無停電電源装置１０，２０，３０と交流出力部７，８とを接続して、無停電電源装置１０，２０，３０から出力した交流電力を負荷に供給している。

無停電電源装置２０は、コンタクタ２３、交流リアクトル２４、コンバータ２５、電解コンデンサ２６、インバータ２７、変圧器２８およびコンデンサ２９を含んでいる。無停電電源装置３０は、コンタクタ３３、交流リアクトル３４、コンバータ３５、電解コンデンサ３６、インバータ３７、変圧器３８およびコンデンサ３９を含んでいる。無停電電源装置２０，３０の構成は、無停電電源装置１０の構成と同じであるため、詳細な説明を繰り返さない。

制御部３は、コンバータ制御部３００、コンバータ運転指令回路３０１〜３０３、インバータ運転指令回路３０４〜３０６、信号発生回路３０７〜３０９を含んでいる。なお、制御部３は、無停電電源装置１０，２０，３０の電源（交流入力部１に接続する交流電源、または蓄電池の直流電源）を切替える動作の制御も行なっている。

コンバータ制御部３００は、各コンバータ１５，２５，３５よりコンバータ負荷電流の帰還値を入力し、入力した帰還値を加算することで負荷に必要な電力量を供給するためにコンバータ１５，２５，３５が出力する電力量合計を算出する。さらに、コンバータ制御部３００は、算出した電力量合計と、起動しているコンバータ１５，２５，３５のうち少なくとも１台のコンバータを停止した場合に残りのコンバータが出力する定格電力量合計とを比較し、コンバータ１５，２５，３５の台数選択指令信号を各コンバータ１５，２５，３５のコンバータ運転指令回路３０１〜３０３に出力する。

信号発生回路３０７〜３０９は、図示していない入力部よりコンバータ１５，２５，３５、インバータ１７，２７，３７を起動および停止する指示を受付、コンバータ運転指令回路３０１〜３０３、インバータ運転指令回路３０４〜３０６に指示信号を出力する。

コンバータ運転指令回路３０１〜３０３は、コンバータ制御部３００が出力した台数選択指令信号および信号発生回路３０７〜３０９が出力した指示信号に基づき、各コンバータ１５，２５，３５に対して、起動および停止を指令する指令信号を出力する。

インバータ運転指令回路３０４〜３０６は、信号発生回路３０７〜３０９が出力した指示信号に基づき、各インバータ１７，２７，３７に対して、起動および停止を指令する指令信号を出力する。

直流分岐部４は、遮断機４４〜４８を含んでいる。遮断機４４，４５，４６は、各無停電電源装置１０，２０，３０に、大電力が急激に流込むのを遮断するスイッチである。遮断機４７，４８は、蓄電池５に、大電力が急激に流込むのを遮断するスイッチである。なお、無停電電源装置１０，２０，３０は、コンタクタ４１，４２，４３を含んでいる。コンタクタ４１，４２，４３は、無停電電源装置１０，２０，３０と蓄電池５とを接続するためのスイッチで、コンバータ１５，２５，３５で変換した直流電力と、蓄電池５から入力する直流電力とを切替える切替部である。

蓄電池５は、無停電電源装置１０，２０，３０に共通に接続されている。蓄電池５は、２つの電池５１，５２で構成されている。なお、蓄電池５は、２つの電池５１，５２で構成する場合に限定されるものではなく、単一の電池で構成しても、３つ以上の電池で構成してもよい。

次に、本発明の実施の形態１に係る無停電電源システム１００の動作について説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る無停電電源システム１００の動作を説明するためのフローチャートである。まず、コンバータ制御部３００は、すべての無停電電源装置１０，２０，３０のコンバータ１５，２５，３５を起動する（ステップＳ４１）。具体的に、コンバータ制御部３００は、すべてのコンバータ１５，２５，３５を選択する台数選択指令信号を各コンバータ１５，２５，３５のコンバータ運転指令回路３０１〜３０３に出力し、信号発生回路３０７〜３０９は、コンバータ１５，２５，３５を起動する指示信号を、コンバータ運転指令回路３０１〜３０３に出力する。

コンバータ運転指令回路３０１〜３０３は、コンバータ制御部３００が出力した台数選択指令信号および信号発生回路３０７〜３０９が出力した指示信号に基づき、各コンバータ１５，２５，３５に対して、起動を指令する指令信号を出力する。各コンバータ１５，２５，３５は、コンバータ運転指令回路３０１〜３０３が出力した指令信号に基づき、起動する。

次に、コンバータ制御部３００は、負荷に必要な電力量を供給するためにコンバータ１５，２５，３５が出力する電力量合計と、起動しているコンバータ１５，２５，３５のうち少なくとも１台のコンバータを停止した場合に残りのコンバータが出力する定格電力量合計とを比較し、電力量合計が、定格電力量合計より小さいか否かを判断する（ステップＳ４２）。

コンバータ制御部３００は、電力量合計が、定格電力量合計より小さいと判断した場合（ステップＳ４２：ＹＥＳ）、起動しているコンバータ１５，２５，３５のうち少なくとも１台のコンバータを停止する（ステップＳ４３）。たとえば、各コンバータ１５，２５，３５が出力する定格電力量を１ｋＷｈとするとき、コンバータ制御部３００は、電力量合計が１．８ｋＷｈであれば、起動しているコンバータ１５，２５，３５のうち１台のコンバータを停止した場合に残りのコンバータが出力する定格電力量合計（１ｋＷｈ×２台＝２ｋＷｈ）より小さいと判断する。

つまり、コンバータ制御部３００は、電力量合計が１．８ｋＷｈであれば、コンバータ３５の１台を停止しても、起動しているコンバータ１５，２５が出力する定格電力量合計（１ｋＷｈ×２台＝２ｋＷｈ）よりも小さくなる。そこで、コンバータ制御部３００は、コンバータ３５のコンバータ運転指令回路３０３に“ＯＦＦ”の台数選択指令信号を出力することで、コンバータ３５を停止する。

コンバータ制御部３００は、電力量合計が、定格電力量合計以上であると判断した場合（ステップＳ４２：ＮＯ）、電力量合計の変化をモニタリングするため処理をステップＳ４２に戻す。また、コンバータ制御部３００は、起動しているコンバータ１５，２５，３５のうち少なくとも１台のコンバータを停止した（ステップＳ４３）後、電力量合計の変化をモニタリングするため処理をステップＳ４２に戻す。

なお、コンバータ制御部３００は、コンバータ１５，２５，３５を１台単位で停止しても、２台以上の単位で停止してもよい。コンバータ制御部３００は、コンバータ１５，２５，３５を１台単位で停止する場合、電力量合計と、起動しているコンバータ１５，２５，３５のうち１台のコンバータを停止した場合に残りのコンバータが出力する定格電力量合計とを比較する。また、コンバータ制御部３００は、コンバータ１５，２５，３５を２台単位で停止する場合、電力量合計と、起動しているコンバータ１５，２５，３５のうちコンバータの２台を停止した場合に残りのコンバータが出力する定格電力量合計とを比較する。

以上のように、本発明の実施の形態１に係る無停電電源システム１００によれば、起動しているコンバータ１５，２５，３５が出力する定格電力量合計に比べて、負荷に必要な電力量が少ない（低負荷）の場合、コンバータ制御部３００が、コンバータ１５，２５，３５のうち、負荷に必要な電力量の供給に寄与しないコンバータを停止するため、並列に接続した複数の無停電電源装置１０，２０，３０の利用効率を高めることができる。また、本発明の実施の形態１に係る無停電電源システム１００は、負荷に必要な電力量の供給に寄与しないコンバータ１５，２５，３５を停止するので、停止したコンバータでのスイッチング損失Ｐ_ｓｗおよび定常損失Ｐ_ｃを抑え、消費電力を低減することができる。さらに、本発明の実施の形態１に係る無停電電源システム１００は、コンバータ１５，２５，３５のみを停止するので、無停電電源装置１０，２０，３０のすべての回路を停止する場合に比べて、停止した無停電電源装置１０，２０，３０の起動時間を短くすることができる。

たとえば、電力量合計が、すべてのコンバータ１５，２５，３５が出力する定格電力量合計の１／３以上、２／３未満の場合、コンバータ制御部３００は、コンバータ１５，２５のコンバータ運転指令回路３０１，３０２に“ＯＮ”の台数選択指令信号を、コンバータ３５のコンバータ運転指令回路３０３に“ＯＦＦ”の台数選択指令信号をそれぞれ出力することで、コンバータ３５を停止する。また、電力量合計が、すべてのコンバータ１５，２５，３５が出力する定格電力量合計の１／３未満の場合、コンバータ制御部３００は、コンバータ１５のコンバータ運転指令回路３０１に“ＯＮ”の台数選択指令信号を、コンバータ２５，３５のコンバータ運転指令回路３０２，３０３に“ＯＦＦ”の台数選択指令信号をそれぞれ出力することで、コンバータ２５，３５を停止する。

なお、負荷が増え、電力量合計が起動しているコンバータ１５，２５，３５が出力する定格電力量合計より大きくなった場合、コンバータ制御部３００は、停止しているコンバータを起動することで、安定して電力を負荷に供給することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る無停電電源システムは、実施の形態１に係る無停電電源システム１００と同様に、交流入力部１、入出力・切替部２、制御部３、直流分岐部４、蓄電池５、出力部６、交流出力部７，８、無停電電源装置１０，２０，３０を含んでいる。そのため、本発明の実施の形態２に係る無停電電源システムは、実施の形態１に係る無停電電源システム１００と同じ構成要素について同じ符号を用い、詳細な説明を繰返さない。

次に、本発明の実施の形態２に係る無停電電源システムの動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る無停電電源システムの動作を説明するためのフローチャートである。まず、コンバータ制御部３００は、無停電電源装置１０，２０，３０のコンバータ１５，２５，３５のうち、所定台数のコンバータを起動する（ステップＳ５１）。コンバータ制御部３００は、コンバータを起動する所定台数を、無停電電源装置が有するコンバータの台数の半分とする。たとえば、無停電電源装置が有するコンバータの台数が４台の場合、コンバータ制御部３００は、コンバータを起動する所定台数を２台とする。なお、無停電電源装置が有するコンバータの台数が奇数の場合、コンバータ制御部３００は、コンバータを起動する所定台数を繰上げた台数を所定台数とする。

具体的に、コンバータ制御部３００は、無停電電源装置１０，２０，３０が有するコンバータ１５，２５，３５の台数が３台の場合、コンバータ１５，２５の２台を選択する台数選択指令信号を各コンバータ１５，２５のコンバータ運転指令回路３０１，３０２に出力し、信号発生回路３０７，３０８は、コンバータ１５，２５を起動する指示信号を、コンバータ運転指令回路３０１，３０２に出力する。

コンバータ運転指令回路３０１，３０２は、コンバータ制御部３００が出力した台数選択指令信号および信号発生回路３０７，３０８が出力した指示信号に基づき、各コンバータ１５，２５に対して、起動を指令する指令信号を出力する。各コンバータ１５，２５は、コンバータ運転指令回路３０１，３０２が出力した指令信号に基づき、起動する。

次に、コンバータ制御部３００は、負荷に必要な電力量を供給するためにコンバータ１５，２５が出力する電力量合計と、起動しているコンバータ１５，２５が出力する第１定格電力量合計とを比較し、電力量合計が、第１定格電力量合計以上か否かを判断する（ステップＳ５２）。

コンバータ制御部３００は、電力量合計が、第１定格電力量合計以上であると判断した場合（ステップＳ５２：ＹＥＳ）、停止しているコンバータ３５を起動する（ステップＳ５３）。たとえば、各コンバータ１５，２５，３５が出力する定格電力量を１ｋＷｈとするとき、コンバータ制御部３００は、電力量合計が２．８ｋＷｈであれば、起動しているコンバータ１５，２５が出力する定格電力量合計（１ｋＷｈ×２台＝２ｋＷｈ）以上であると判断する。

コンバータ制御部３００は、コンバータ３５を起動することで、電力量合計（２．８ｋＷｈ）が、コンバータ１５，２５，３５が出力する定格電力量合計（１ｋＷｈ×３台＝３ｋＷｈ）より小さくすることができ、過負荷運転を回避することができる。コンバータ制御部３００は、コンバータ３５のコンバータ運転指令回路３０３に“ＯＮ”の台数選択指令信号を出力することで、コンバータ３５を起動する。

なお、コンバータ制御部３００は、停止しているコンバータ３５を起動した（ステップＳ５３）後、電力量合計の変化をモニタリングするため処理をステップＳ５２に戻す。

コンバータ制御部３００は、電力量合計が、第１定格電力量合計より小さいと判断した場合（ステップＳ５２：ＮＯ）、電力量合計と、起動しているコンバータ１５，２５のうち少なくとも１台のコンバータを停止した場合に残りのコンバータが出力する第２定格電力量合計とを比較し、電力量合計が、第２定格電力量合計より小さいか否かを判断する（ステップＳ５４）。

コンバータ制御部３００は、電力量合計が、第２定格電力量合計より小さいと判断した場合（ステップＳ５４：ＹＥＳ）、起動しているコンバータ１５，２５のうち少なくとも１台のコンバータを停止する（ステップＳ５５）。たとえば、各コンバータ１５，２５，３５の定格電力量を１ｋＷｈとするとき、コンバータ制御部３００は、電力量合計が０．８ｋＷｈであれば、起動しているコンバータ１５，２５のうち少なくとも１台のコンバータを停止した場合に残りのコンバータが出力する定格電力量合計（１ｋＷｈ×１台＝１ｋＷｈ）より小さいと判断する。

つまり、コンバータ制御部３００は、電力量合計が０．８ｋＷｈであれば、コンバータ２５の１台を停止しても、起動しているコンバータ１５が出力する定格電力量合計（１ｋＷｈ×１台＝１ｋＷｈ）よりも小さくなる。そこで、コンバータ制御部３００は、コンバータ２５のコンバータ運転指令回路３０２に“ＯＦＦ”の台数選択指令信号をそれぞれ出力することで、コンバータ２５を停止する。

コンバータ制御部３００は、電力量合計が、第２定格電力量合計以上であると判断した場合（ステップＳ５４：ＮＯ）、電力量合計の変化をモニタリングするため処理をステップＳ５２に戻す。また、コンバータ制御部３００は、起動しているコンバータ１５，２５のうち少なくとも１台のコンバータを停止した（ステップＳ５５）後、電力量合計の変化をモニタリングするため処理をステップＳ５２に戻す。

なお、コンバータ制御部３００は、前述のように起動しているコンバータ１５，２５が２台であれば、起動しているコンバータ１５，２５のうち１台のコンバータを停止することになるが、起動しているコンバータが３台以上であれば、起動しているコンバータのうち少なくとも１台のコンバータを停止すればよい。

以上のように、本発明の実施の形態２に係る無停電電源システムによれば、起動しているコンバータ１５，２５が出力する定格電力量合計に比べて、負荷に必要な電力量が少ない（低負荷）の場合、コンバータ制御部３００が、起動しているコンバータ１５，２５のうち少なくとも１台のコンバータを停止するので、並列に接続した複数の無停電電源装置１０，２０，３０の利用効率を高めることができる。また、本発明の実施の形態２に係る無停電電源システムは、起動しているコンバータ１５，２５が出力する定格電力量合計に比べて、負荷に必要な電力量が大きい（過負荷）の場合、停止しているコンバータ３５を起動するので、過負荷運転を回避することができ無停電電源装置１０，２０，３０や蓄電池５などの寿命を延ばすことができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る無停電電源システムは、実施の形態１に係る無停電電源システム１００と同様に、交流入力部１、入出力・切替部２、制御部３、直流分岐部４、蓄電池５、出力部６、交流出力部７，８、無停電電源装置１０，２０，３０を含んでいる。そのため、本発明の実施の形態３に係る無停電電源システムは、実施の形態１に係る無停電電源システム１００と同じ構成要素について同じ符号を用い、詳細な説明を繰返さない。

次に、本発明の実施の形態３に係る無停電電源システムの動作について説明する。図６は、本発明の実施の形態３に係る無停電電源システムの動作を説明するためのフローチャートである。まず、コンバータ制御部３００は、無停電電源装置１０，２０，３０のコンバータ１５，２５，３５のうち、１台のコンバータを起動する（ステップＳ６１）。

具体的に、コンバータ制御部３００は、無停電電源装置１０，２０，３０が有するコンバータ１５，２５，３５の台数が３台の場合、コンバータ１５の１台を選択する台数選択指令信号をコンバータ１５のコンバータ運転指令回路３０１に出力し、信号発生回路３０７は、コンバータ１５を起動する指示信号を、コンバータ運転指令回路３０１に出力する。

コンバータ運転指令回路３０１は、コンバータ制御部３００が出力した台数選択指令信号および信号発生回路３０７が出力した指示信号に基づき、コンバータ１５に対して、起動を指令する指令信号を出力する。コンバータ１５は、コンバータ運転指令回路３０１が出力した指令信号に基づき、起動する。

次に、コンバータ制御部３００は、負荷に必要な電力量を供給するためにコンバータ１５が出力する電力量合計と、起動しているコンバータ１５が出力する第１定格電力量合計とを比較し、電力量合計が、第１定格電力量合計以上か否かを判断する（ステップＳ６２）。

コンバータ制御部３００は、電力量合計が、第１定格電力量合計以上であると判断した場合（ステップＳ６２：ＹＥＳ）、停止しているコンバータ２５，３５のうち１台のコンバータ２５を起動する（ステップＳ６３）。たとえば、各コンバータ１５，２５，３５が出力する定格電力量を１ｋＷｈとするとき、コンバータ制御部３００は、電力量合計が１．８ｋＷｈであれば、起動しているコンバータ１５が出力する定格電力量合計（１ｋＷｈ×１台＝１ｋＷｈ）以上であると判断する。

コンバータ制御部３００は、コンバータ２５を起動することで、電力量合計（１．８ｋＷｈ）が、コンバータ１５，２５が出力する定格電力量合計（１ｋＷｈ×２台＝２ｋＷｈ）よりも小さくすることができ、過負荷運転を回避することができる。コンバータ制御部３００は、コンバータ２５のコンバータ運転指令回路３０２に“ＯＮ”の台数選択指令信号を出力することで、コンバータ２５を起動する。

なお、コンバータ制御部３００は、停止しているコンバータ２５を起動した（ステップＳ６３）後、電力量合計の変化をモニタリングするため処理をステップＳ６２に戻す。

コンバータ制御部３００は、電力量合計が、第１定格電力量合計より小さいと判断した場合（ステップＳ６２：ＮＯ）、電力量合計と、起動しているコンバータの１台を停止した場合に残りのコンバータが出力する第２定格電力量合計とを比較し、電力量合計が、第２定格電力量合計より小さいか否かを判断する（ステップＳ６４）。なお、ステップＳ６４の処理は、起動しているコンバータが２台以上の場合のみ実行される。そのため、起動しているコンバータが１台の場合、ステップＳ６４の処理は、スキップされる。以下、コンバータ１５，２５の２台が起動してある場合を例に説明する。

コンバータ制御部３００は、電力量合計が、第２定格電力量合計より小さいと判断した場合（ステップＳ６４：ＹＥＳ）、起動しているコンバータ１５，２５の１台を停止する（ステップＳ６５）。たとえば、各コンバータ１５，２５，３５の定格電力量を１ｋＷｈとするとき、コンバータ制御部３００は、電力量合計が０．８ｋＷｈであれば、起動しているコンバータ１５，２５のうち１台のコンバータを停止した場合に残りのコンバータが出力する定格電力量合計（１ｋＷｈ×１台＝１ｋＷｈ）より小さいと判断する。

コンバータ制御部３００は、電力量合計が、第２定格電力量合計以上であると判断した場合（ステップＳ６４：ＮＯ）、電力量合計の変化をモニタリングするため処理をステップＳ６２に戻す。また、コンバータ制御部３００は、起動しているコンバータ１５，２５の１台を停止した（ステップＳ６５）後、電力量合計の変化をモニタリングするため処理をステップＳ６２に戻す。

以上のように、本発明の実施の形態３に係る無停電電源システムによれば、起動しているコンバータ１５，２５が出力する定格電力量合計に比べて、負荷に必要な電力量が少ない（低負荷）の場合、コンバータ制御部３００が、起動しているコンバータ１５，２５の１台のを停止するので、並列に接続した複数の無停電電源装置１０，２０，３０の利用効率を高めることができる。また、本発明の実施の形態３に係る無停電電源システムは、起動しているコンバータ１５が出力する定格電力量合計に比べて、負荷に必要な電力量が大きい（過負荷）の場合、停止しているコンバータ２５，３５のうちの１台を起動するので、過負荷運転を回避することができ無停電電源装置１０，２０，３０や蓄電池５などの寿命を延ばすことができる。

なお、本発明の実施の形態３に係る無停電電源システムは、コンバータを１台ずつ、起動または停止するので、コンバータ１５，２５，３５（無停電電源装置１０，２０，３０）を無駄に起動することなく、消費電力をより低減することができる。

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、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交流入力部、２切替部、３制御部、４直流分岐部、５蓄電池、６出力部、７，８交流出力部、１０，２０，３０無停電電源装置、１１，２１，３１，４４〜４８，７１遮断機、１２，１８，２２，２８，３２，３８，７２変圧器、１３，２３，３３，４１〜４３，６１〜６３，７５コンタクタ、１４，２４，３４交流リアクトル、１５，２５，３５コンバータ、１６，２６，３６電解コンデンサ、１７，２７，３７インバータ、１９，２９，３９コンデンサ、５１，５２電池、７３，７６〜７９スイッチ、７４サイリスタスイッチ、１００無停電電源システム、３００コンバータ制御部、３０１〜３０３コンバータ運転指令回路、３０４〜３０６インバータ運転指令回路、３０７〜３０９信号発生回路。

Claims

負荷に対して並列に接続され、電源の状況に応じて前記負荷に電力を供給する前記電源を切替える複数の無停電電源装置（１０，２０，３０）と、
前記無停電電源装置（１０，２０，３０）の前記電源を切替える動作を制御する制御部（３）と、
複数の前記無停電電源装置（１０，２０，３０）に共通に接続される蓄電池（５）と
を備え、
前記無停電電源装置（１０，２０，３０）は、
交流電源の交流電力を直流電力に順変換する順変換部（１５，２５，３５）と、
前記順変換部（１５，２５，３５）で変換した直流電力と、前記蓄電池（５）から入力する直流電力とを切替える切替部と、
前記順変換部（１５，２５，３５）で順変換した直流電力、または前記蓄電池（５）から入力する直流電力を交流電力に逆変換し、前記負荷に電力を供給する逆変換部（１７，２７，３７）とを有し、
前記制御部（３）は、複数の前記順変換部（１５，２５，３５）のうち、前記負荷に必要な電力量の供給に寄与しない前記順変換部（１５，２５，３５）を停止する無停電電源システム。
前記制御部（３）は、
すべての前記順変換部（１５，２５，３５）を起動した後、前記負荷に必要な電力量を供給するために複数の前記順変換部（１５，２５，３５）が出力する電力量合計と、起動している複数の前記順変換部（１５，２５，３５）のうち少なくとも前記順変換部（１５，２５，３５）の１台を停止した場合に残りの前記順変換部（１５，２５，３５）が出力する定格電力量合計とを比較し、
前記電力量合計が、前記定格電力量合計より小さくなる場合、起動している複数の前記順変換部（１５，２５，３５）のうち少なくとも前記順変換部（１５，２５，３５）の１台を停止する請求項１に記載の無停電電源システム。
前記制御部（３）は、
２台以上の所定台数の前記順変換部（１５，２５，３５）を起動した後、前記負荷に必要な電力量を供給するために複数の前記順変換部（１５，２５，３５）が出力する電力量合計と、起動している複数の前記順変換部（１５，２５，３５）が出力する第１定格電力量合計とを比較し、
前記電力量合計が、前記第１定格電力量合計以上の場合、前記電力量合計が、前記第１定格電力量合計より小さくなるまで停止している前記順変換部（１５，２５，３５）を起動し、
前記電力量合計が、前記第１定格電力量合計より小さい場合、前記電力量合計と、起動している複数の前記順変換部（１５，２５，３５）のうち少なくとも前記順変換部（１５，２５，３５）の１台を停止した場合に残りの前記順変換部（１５，２５，３５）が出力する第２定格電力量合計とを比較し、
前記電力量合計が、前記第２定格電力量合計より小さくなる場合、起動している複数の前記順変換部（１５，２５，３５）のうち少なくとも前記順変換部（１５，２５，３５）の１台を停止する請求項１に記載の無停電電源システム。
前記制御部（３）は、前記順変換部（１５，２５，３５）を起動する前記所定台数を、複数の前記無停電電源装置（１０，２０，３０）が有する前記順変換部（１５，２５，３５）の台数の半分とする請求項３に記載の無停電電源システム。
前記制御部（３）は、
前記順変換部（１５，２５，３５）を１台起動した後、前記負荷に必要な電力量を供給するために複数の前記順変換部（１５，２５，３５）が出力する電力量合計と、起動している複数の前記順変換部（１５，２５，３５）が出力する第１定格電力量合計とを比較し、
前記電力量合計が、前記第１定格電力量合計以上の場合、前記電力量合計が、前記第１定格電力量合計より小さくなるまで停止している前記順変換部（１５，２５，３５）を１台ずつ起動し、
前記電力量合計が、前記第１定格電力量合計より小さい場合、前記電力量合計と、起動している複数の前記順変換部（１５，２５，３５）のうちの前記順変換部（１５，２５，３５）の１台を停止した場合に残りの前記順変換部（１５，２５，３５）が出力する第２定格電力量合計とを比較し、
前記電力量合計が、前記第２定格電力量合計より小さくなる場合、起動している複数の前記順変換部（１５，２５，３５）のうちの前記順変換部（１５，２５，３５）の１台を停止する請求項１に記載の無停電電源システム。