JPWO2019003332A1 - 無停電電源システム - Google Patents

Abstract

並列接続されたｎ台の無停電電源装置（１０，２０）の各々は、入力端子と出力端子との間に並列接続された、ｍ台の無停電電源モジュールを備える。各無停電電源モジュールにおいて、制御部は、インバータから負荷に供給される交流電力の電流値が第１の指令値に一致するように、インバータを制御する。ｎ×ｍ個の制御部は互いに結合されて総合制御部を構成する。総合制御部は、ｎ台の無停電電源装置のいずれか１台の無停電電源装置において、ｍ台の無停電電源モジュールのうちの１台の無停電電源モジュールの故障が検知された場合には、故障の無停電電源モジュールを解列し、かつ、残りの正常な無停電電源モジュール間でインバータから出力される交流電力の電流値が互いに均衡するように、第１の指令値を第２の指令値に変更する。

Description

この発明は、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。たとえば、国際公開第２０１０／１１９５６４号明細書（特許文献１）には、並列接続された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。この無停電電源システムでは、１台の無停電電源装置が故障しても残りの無停電電源装置によって負荷に交流電力を供給することができる。

国際公開第２０１０／１１９５６４号明細書

上記無停電電源システムには、複数の無停電電源装置の各々を、並列接続された複数の無停電電源モジュールで構成したものがある。このような無停電電源システムでは、複数の無停電電源装置のうちのいずれか１台の無停電電源装置において、複数の無停電電源モジュールのうちの１台の無停電電源モジュールが故障した場合には、故障の無停電電源モジュールを含む無停電電源装置を無停電電源システムから解列し、残りの無停電電源装置によって負荷に交流電力を供給する。したがって、無停電電源モジュールが故障しても、負荷に交流電力を供給することができる。

しかしながら、上記無停電電源システムでは、故障の無停電電源モジュールを有する無停電電源装置において、他の無停電電源モジュールは正常であるにもかかわらず、強制的に使用不能な状態とされる。これにより、残りの無停電電源装置では、故障発生後に各無停電電源モジュールが出力すべき交流電力が増えるため、発生する電力損失が増加する。その結果、無停電電源システム全体の電力損失が増加してしまい、無停電電源システムの運転効率が低くなる可能性がある。

また、残りの無停電源装置の各々において出力電流を増やすための制御が実行される際に、残りの無停電電源装置の間で出力電圧にばらつきが生じる場合がある。このような場合、残りの無停電電源装置の出力端子間に横流が流れるという問題が起こり得る。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、並列接続された複数の無停電電源モジュールを有する無停電電源装置を複数台並列接続して構成された無停電電源システムにおいて、高い効率で安定的に負荷に電力を供給することである。

この発明のある局面によれば、無停電電源システムは、並列接続されたｎ台（ｎは２以上の整数）の無停電電源装置を備える。各無停電電源装置は、交流電源からの第１の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、入力端子と出力端子との間に並列接続された、ｍ台（ｍは２以上の整数）の無停電電源モジュールと、入力端子および出力端子の間に、ｍ台の無停電電源モジュールとそれぞれ直列に接続されるｍ個のスイッチとを備える。各無停電電源モジュールは、コンバータ、インバータおよび制御部を含む。コンバータは、交流電源から供給される第１の交流電力を直流電力に変換する。インバータは、直流電力を第２の交流電力に変換し、第２の交流電力を負荷に供給する。制御部は、インバータから負荷に供給される第２の交流電力の電流値が第１の指令値に一致するように、インバータを制御する。ｎ×ｍ個の制御部は、互いに結合されて総合制御部を構成する。総合制御部は、ｎ台の無停電電源装置のいずれか１台の無停電電源装置において、ｍ台の無停電電源モジュールのうちの１台の無停電電源モジュールの故障が検知された場合には、故障の無停電電源モジュールに接続されるスイッチを開放する。総合制御部は、残りの正常な無停電電源モジュール間で第２の交流電力の電流値が互いに均衡するように、第１の指令値を第２の指令値に変更する。

この発明によれば、高い効率で直流負荷に電力を供給でき、かつ、直流負荷で発生した回生電力を回収することができる無停電電源装置を提供することができる。

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。 各ＵＰＳモジュールの構成を示す回路ブロック図である。 各ＵＰＳモジュールの制御部の構成を示すブロック図である。 無停電電源システムの制御に関連する部分を示すブロック図である。 １台のＵＰＳモジュールの故障が生じた場合における、実施の形態１による無停電電源システムの動作を説明する図である。 １台のＵＰＳモジュールの故障が生じた場合における、第１の比較例による無停電電源システムの動作を説明する図である。 １台のＵＰＳモジュールの故障が生じた場合における、第２の比較例による無停電電源システムの動作を説明する図である。 実施の形態１による無停電電源システムの各ＵＰＳモジュールにおける制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。 発明の実施の形態１による無停電電源システムの他の構成を示す回路ブロック図である。 １台のＵＰＳモジュールの故障が生じた場合における、実施の形態１による無停電電源システムの動作を説明する図である。 １台のＵＰＳモジュールの故障が生じた場合における、実施の形態２による無停電電源システムの動作を説明する図である。 実施の形態２による無停電電源システムの各ＵＰＳモジュールにおける制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。 １台のＵＰＳモジュールの故障が生じた場合における、発明の実施の形態２による無停電電源システムの動作を説明する図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

［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１００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１による無停電電源システム１００は、交流電源１および負荷２の間に接続されており、負荷２に交流電力を供給するように構成されている。

交流電源１は、たとえば商用交流電源であって、商用周波数の交流電力（第１の交流電力）を無停電電源システム１００に供給する。無停電電源システム１００は、実際には、交流電源１から三相交流電力を受けるが、図面および説明の簡単化のため、図１では一相分の回路のみが示されている。

負荷２は、交流電力によって駆動される電気機器などである。負荷２は、無停電電源システム１００から供給される交流電力（第２の交流電力）によって駆動される。

無停電電源システム１００は、入力端子Ｔ１および出力端子Ｔ２を備える。入力端子Ｔ１は、交流電源１から供給される交流電力を受ける。出力端子Ｔ２は負荷２に接続される。負荷２は、無停電電源システム１００から供給される交流電力によって運転することができる。

無停電電源システム１００は、さらに、ｎ台（ｎは２以上の整数）の無停電電源装置１０，２０と、遮断器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１１，Ｂ１２とを備える。図１では、無停電電源システム１００は、２台の無停電電源装置１０，２０を備える（ｎ＝２）。２台の無停電電源装置１０，２０は、入力端子Ｔ１および出力端子Ｔ２の間に並列に接続される。

遮断器Ｂ１は、入力端子Ｔ１と無停電電源装置１０の入力端子Ｔ８との間に接続される。遮断器Ｂ１１は、無停電電源装置１０の出力端子Ｔ９と出力端子Ｔ２との間に接続される。遮断器Ｂ２は、入力端子Ｔ１と無停電電源装置２０の入力端子Ｔ８との間に接続される。遮断器Ｂ１２は、無停電電源装置２０の出力端子Ｔ９と出力端子Ｔ２との間に接続される。

無停電電源装置１０は、入力端子Ｔ８、出力端子Ｔ９、ｍ台の無停電電源モジュール１１〜１３、バイパス盤１４、スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃ，Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂ，Ｓ１１ｃ、およびｍ個のバッテリＢを含む。図１では、無停電電源装置１０は、３台の無停電電源モジュール１１〜１３と、３個のバッテリＢとを含む（ｍ＝３）。無停電電源モジュール１１〜１３およびバイパス盤１４は、入力端子Ｔ８および出力端子Ｔ９の間に並列に接続される。以下の説明では、無停電電源モジュールを「ＵＰＳモジュール」と称する。

図２は、図１に示した無停電電源システムにおける各ＵＰＳモジュールの構成を示す回路ブロック図である。図２に示されるように、ＵＰＳモジュール１１は、入力端子Ｔ３、バッテリ端子Ｔ４、出力端子Ｔ５、コンバータ３、インバータ４、チョッパ５、および制御部６を含む。コンバータ３は、交流電源１から入力端子Ｔ３を介して供給される交流電力（第１の交流電力）を直流電力に変換する。コンバータ３で生成された直流電力は、インバータ４およびチョッパ５に供給される。

インバータ４は、直流電力を商用周波数の交流電力（第２の交流電力）に変換する。チョッパ５は、通常動作時、コンバータ３で生成された直流電力をバッテリ端子Ｔ４を介してバッテリＢの正電極に供給する。チョッパ５は、交流電源１の停電時、バッテリＢの直流電力をインバータ４に供給する。ＵＰＳモジュール１２，１３も、ＵＰＳモジュール１１と同じ構成である。

コンバータ３およびインバータ４は、半導体スイッチング素子により構成される。半導体スイッチング素子としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。半導体スイッチング素子の制御方式として、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を適用することができる。

スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃの一方端子はともに入力端子Ｔ８に接続され、それらの他方端子はＵＰＳモジュール１１，１２，１３の入力端子Ｔ３にそれぞれ接続される。スイッチＳ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃは「ｍ個のスイッチ」の一実施例に対応する。

スイッチＳ１１ａ，Ｓ１１ｂ，Ｓ１１ｃの一方端子はともに出力端子Ｔ９に接続され、それらの他方端子はＵＰＳモジュール１１，１２，１３の出力端子Ｔ５にそれぞれ接続される。スイッチＳ１１ａ，Ｓ１１ｂ，Ｓ１１ｃは「ｍ個のスイッチ」の一実施例に対応する。図１の例では、ＵＰＳモジュールの入力端子Ｔ８および出力端子Ｔ９の両方にスイッチを接続する構成としたが、入力端子Ｔ８および出力端子Ｔ９のいずれか一方のみにスイッチを接続する構成としてもよい。すなわち、スイッチは、入力端子Ｔ８および出力端子Ｔ９の間に、ＵＰＳモジュールと電気的に直列に接続されていればよい。

バイパス盤１４は、入力端子Ｔ６、出力端子Ｔ７、スイッチ７およびサイリスタスイッチ８を含む。入力端子Ｔ６は入力端子Ｔ８に接続され、出力端子Ｔ７は出力端子Ｔ９に接続される。スイッチ７およびサイリスタスイッチ８は、入力端子Ｔ６および出力端子Ｔ７の間に並列接続される。

無停電電源装置１０は、交流電源１から入力端子Ｔ８を介して供給される交流電力をスイッチ７および出力端子Ｔ７を介して出力端子Ｔ９に出力するバイパス給電モードと、ＵＳＰモジュール１１〜１３のインバータ４で生成された交流電力をスイッチＳ１１ａ，Ｓ１１ｂ，Ｓ１１ｃをそれぞれ介して出力端子Ｔ９に出力するインバータ給電モードとを有する。バイパス給電モードではスイッチ７がオンされ、インバータ給電モードではスイッチＳ１１ａ，Ｓ１１ｂ，Ｓ１１ｃがオンされる。バイパス給電モードとインバータ給電モードとの切換期間ではスイッチＳ７およびＳ１１ａ，Ｓ１１ｂ，Ｓ１１ｃの両方がオンされる。サイリスタスイッチ８はインバータ給電モード中にＵＰＳモジュール１１〜１３の全てのインバータ４が故障した場合にオンし、交流電源１からの交流電力を出力端子Ｔ９に瞬時に与える。

無停電電源装置２０は、無停電電源装置１０と基本的構成が同じである。具体的には、無停電電源装置２０は、入力端子Ｔ８、出力端子Ｔ９、ｍ台のＵＰＳモジュール２１〜２３、バイパス盤２４、およびスイッチＳ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ，Ｓ１２ａ，Ｓ１２ｂ，Ｓ１２ｃを含む。図１では、無停電電源装置２０は、３台のＵＰＳモジュール２１〜２３を含む（ｍ＝３）。

ＵＰＳモジュール２１〜２３およびバイパス盤２４は、入力端子Ｔ８および出力端子Ｔ９の間に並列に接続される。ＵＰＳモジュール２１〜２３は、ＵＰＳモジュール１１と同じ構成である。バイパス盤２４は、バイパス盤１４と同じ構成である。

スイッチＳ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃの一方端子はともに入力端子Ｔ８に接続され、それらの他方端子はＵＰＳモジュール２１，２２，２３の入力端子Ｔ３にそれぞれ接続される。スイッチＳ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃは「ｍ個ののスイッチ」の一実施例に対応する。

スイッチＳ１２ａ，Ｓ１２ｂ，Ｓ１２ｃの一方端子はともに出力端子Ｔ９に接続され、それらの他方端子はＵＰＳモジュール２１，２２，２３の出力端子Ｔ５にそれぞれ接続される。スイッチＳ１２ａ，Ｓ１２ｂ，Ｓ１２ｃは「ｍ個のスイッチ」の一実施例に対応する。

無停電電源装置２０も、無停電電源装置１０と同様、交流電源１から入力端子Ｔ８を介して供給される交流電力をスイッチ７および出力端子Ｔ７を介して出力端子Ｔ９に出力するバイパス給電モードと、ＵＰＳモジュール２１〜２３のインバータ４で生成された交流電力をスイッチＳ１２ａ，Ｓ１２ｂ，Ｓ１２ｃをそれぞれ介して出力端子Ｔ９に出力するインバータ給電モードとを有する。

無停電電源システム１００は、並列接続されたｎ台（図１ではｎ＝２）の無停電電源装置１０，２０を備えたものである。各無停電電源装置は、並列接続されたｍ台（図１ではｍ＝３）のＵＰＳモジュールおよびバイパス盤を有するものである。すなわち、無停電電源システム１００は、ｎ×ｍ台のＵＰＳモジュールを有するものである。

無停電電源システム１００の通常運転時は、遮断器Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１１，Ｂ１２が閉成（オン）され、無停電電源装置１０，２０から負荷２に商用周波数の交流電力が供給される。

無停電電源装置１０，２０の各々は、（ｍ−１）台のＵＰＳモジュールで負荷２を駆動することが可能となっている。したがって、図１および図２では、２台の無停電電源装置１０，２０のうちの１台の無停電電源装置（たとえば無停電電源装置１０）において、３台のＵＰＳモジュール１１〜１３のうちの１台のＵＰＳモジュール（たとえばＵＰＳモジュール１３）が故障しても、残りの２台のＵＰＳモジュール（この場合はＵＰＳモジュール１１，１２）、および無停電電源装置２０の３台のＵＰＳモジュール２１〜２３で負荷２を駆動することが可能である。すなわち、５台のＵＰＳモジュール１１，１２，２１〜２３から負荷２に商用周波数の交流電力を供給しながら、スイッチＳ１ｃ，Ｓ１１ｃをオフすることにより故障したＵＰＳモジュール１３を解列してメンテナンスすることができる。

無停電電源装置１０，２０の各々は、出力端子Ｔ２に出力される電圧ＶＯが予め定められた目標電圧ＶＯ＊となるように、出力電流が制御される。目標電圧ＶＯ＊は、たとえば交流電源１から供給される交流電力の定格電圧に設定されている。

無停電電源システム１００の出力端子Ｔ２は、遮断器Ｂ１１，Ｂ１２およびスイッチＳ１１ａ〜Ｓ１１ｃ，Ｓ２１ａ〜Ｓ２１ｃによってＵＰＳモジュール１１〜１３，２１〜２３の各々の出力端子Ｔ５と電気的に接続されている。したがって、各ＵＰＳモジュールにおいては、出力端子Ｔ５の電圧（インバータ４の出力電圧）が目標電圧ＶＯ＊となるように、出力電流が制御されることとなる。

以下、無停電電源システム１００における出力電流の制御について詳細に説明する。
図３は、各ＵＰＳモジュールの制御部６の構成を示すブロック図である。図３では、ＵＰＳモジュール１１の制御部６を代表的に示す。ＵＰＳモジュール１２，１３，２１〜２３の制御部６も、ＵＰＳモジュール１１の制御部６と同じ構成である。後述するように、各ＵＰＳモジュールの制御部６は互いに連結されている（図４参照）。

図３を参照して、ＵＰＳモジュール１１において、制御部６は、減算器６０，６３、電圧制御部６１、並列制御部６２、電流制御部６４、ＰＷＭ制御部６５、および判定部６６を含む。

ＵＰＳモジュール１１は、電流センサ６７および電圧センサ６８をさらに含む。電流センサ６７は、インバータ４の出力電流Ｉ１１を検出し、検出電流Ｉｌｌを示す信号を制御部６に出力する。電圧センサ６８は、インバータ４の出力電圧ＶＯを検出し、検出電圧ＶＯを示す信号を制御部６に出力する。

判定部６６は、電流センサ６７の検出電流Ｉ１１および電圧センサ６８の検出電圧ＶＯに基づいて、ＵＰＳモジュール１１が故障しているか否かを判定する。具体的には、電圧センサ６８の検出電圧ＶＯが目標電圧ＶＯ＊よりも高い上限電圧を超えている場合、もしくは電流センサ６７の検出電流Ｉ１１が上限電流を超えている場合、判定部６６は、ＵＰＳモジュール１１が故障していると判定する。

判定部６６は、判定結果を示す信号（以下、判定信号とも称する）ＤＴ１１を並列制御部６２に出力する。判定部６６は、さらに、判定信号ＤＴ１１を、無停電電源モジュール１２，１３，２１〜２３の各々の制御部６に対して出力する。

減算器６０は、目標電圧ＶＯ＊と電圧センサ６８の検出電圧ＶＯとの偏差ＶＯ＊−ＶＯを演算し、演算した偏差ＶＯ＊−ＶＯを電圧制御部６１に出力する。

電圧制御部６１は、偏差ＶＯ＊−ＶＯを零にするための制御演算を行なうことにより、電流指令値ＩＬ＊を生成する。電圧制御部６１は、たとえば比例積分（ＰＩ）演算によって電流指令値ＩＬ＊を生成する。

並列制御部６２は、判定部６６から判定信号ＤＴ１１を受ける。並列制御部６２は、判定信号ＤＴ１１に基づいて、ＵＰＳモジュール１１が正常であるか故障中であるかを判断する。並列制御部６２は、さらに、ＵＰＳモジュール１２，１３，２１〜２３からそれぞれ送信される判定信号ＤＴ１２，ＤＴ１３，ＤＴ２１〜ＤＴ２３を受ける。並列制御部６２は、これらの判定信号ＤＴ１１〜ＤＴ１３，ＤＴ２１〜ＤＴ２３に基づいて、正常なＵＰＳモジュールの台数ｘを検出する。

本願明細書において、「正常なＵＰＳモジュールの台数ｘ」は、無停電電源システム１００全体での正常なＵＰＳモジュールの台数を意味しており、無停電電源装置１０での正常なＵＰＳモジュールの台数と無停電電源装置２０での正常なＵＰＳモジュールの台数との合計値に相当する。すなわち、ｘとｎ，ｍとの間には、０≦ｘ≦ｎ×ｍの関係が成り立っている。図１ではｘは０≦ｘ≦６となる。

並列制御部６２は、電流指令値ＩＬ＊および検出した台数ｘに基づいて、各ＵＰＳモジュールにおけるインバータ４の出力電流の目標値である電流指令値Ｉ♯を生成する。具体的には、並列制御部６２は、電流指令値ＩＬ＊を正常なＵＰＳモジュールの台数ｘで除算することにより、電流指令値Ｉ♯を生成する（Ｉ♯＝ＩＬ＊／ｘ）。図３に示されるＵＰＳモジュール１１においては、ＵＰＳモジュール１１が正常である場合、ＵＰＳモジュール１１の電流指令値Ｉ１１♯は、Ｉ１１♯＝ＩＬ＊／ｘとなる。

減算器６３は、電流指令値Ｉ１１♯と電流センサ６７の検出値Ｉ１１との偏差Ｉ１１♯−Ｉ１１を演算し、演算した偏差Ｉ１１♯−Ｉ１１を電流制御部６４に出力する。

電流制御部６４は、偏差Ｉ１１♯−Ｉ１１を零にするための制御演算を行なうことにより、電圧指令値を生成する。電流制御部６４は、たとえばＰＩ演算によって電圧指令値を生成する。

ＰＷＭ制御部６５は、電流制御部６４からの電圧指令値に応じた値の電圧がＵＰＳモジュール１１から出力されるようにインバータ４を制御する。これにより、インバータ４からは、電流指令値Ｉ１１♯に等しい電流が出力される。

これに対して、ＵＰＳモジュール１１が故障している場合、判定部６６は、スイッチＳ１ａ，Ｓ１１ａを開放（オフ）するための制御信号Ｃ１１を生成する。判定部６６は、制御信号Ｃ１１をスイッチＳ１ａ，Ｓ１１ａに出力することにより、無停電電源装置１０からＵＰＳモジュール１１を解列させる。並列制御部６２は、判定信号ＤＴ１１に基づいてＵＰＳモジュール１１が故障していると判断すると、インバータ４の各半導体スイッチング素子をゲート遮断するためのゲート遮断信号ＧＢをインバータ４に出力する。これにより、ＵＰＳモジュール１１のインバータ４を停止状態とする。

なお、図示は省略するが、制御部６は、上述したインバータ４およびスイッチ１ａ，１１ａの制御に加えて、コンバータ３およびチョッパ５を制御する。インバータ給電モード時、制御部６は、交流電源１から交流電力が供給される通常時は、コンバータ３を制御して直流電力を生成させ、交流電源１からの交流電力の供給が停止された停電時は、チョッパ５を制御して直流電力を生成させる。

図４は、無停電電源システム１００の制御に関連する部分を示すブロック図である。図４を参照して、ＵＰＳモジュール１１〜１３，２１〜２３の各々の制御部６は、相互に通信することができる。たとえば、各制御部６は通信ケーブルによって互いに接続されている。ＵＰＳモジュール１１〜１３，２１〜２３の制御部６は１つの総合制御部６００を構成している。

総合制御部６００において、各制御部６は、判定部６６で生成された判定信号ＤＴを、他の５台の制御部６に送信する。各制御部６には、他の５台の制御部６の各々から判定信号ＤＴが与えられる。これにより、総合制御部６００では、各ＵＰＳモジュールの判定信号ＤＴが６台の制御部６の間で共有される。

各制御部６において、判定部６６は、判定信号ＤＴに基づいて、自己のＵＰＳモジュールを解列するための制御信号Ｃを生成する。並列制御部６２は、他の５台の制御部６から与えられた判定信号ＤＴと、判定部６６から与えられた判定信号ＤＴとに基づいて、正常なＵＰＳモジュールの台数ｘを検出する。並列制御部６２は、上述したように、判定信号ＤＴおよび台数ｘに基づいて、自己のＵＰＳモジュールの電流指令値Ｉ♯またはゲート遮断信号ＧＢを生成する。

次に、図５を参照して、１台のＵＰＳモジュールの故障が生じた場合における無停電電源システム１００の動作を説明する。

図５（Ａ）を参照して、無停電電源装置１０，２０がともに正常である場合、正常なＵＰＳモジュールの台数ｘはｘ＝６となる。この場合、各ＵＰＳモジュールの電流指令値Ｉ♯はＩＬ＊／６（第１の指令値）に設定され、この電流指令値Ｉ♯に従って各ＵＰＳモジュールのインバータ４が制御される。これにより、無停電電源システム１００の出力電流をＩＬとすると、各ＵＰＳモジュールの出力電流はＩＬ／６に制御される。

ここで、無停電電源装置２０のＵＰＳモジュール２３に故障が生じた場合には、図５（Ｂ）に示すように、ＵＰＳモジュール２３の制御部６はスイッチＳ２ｃ，Ｓ１２ｃを開放してＵＰＳモジュール２３を解列するとともに、インバータ４を停止させる。

正常なＵＰＳモジュールの台数はｘ＝５になるため、総合制御部６００は、各ＵＰＳモジュールの電流指令値Ｉ♯はＩＬ＊／５（第２の指令値）に変更する。ＵＰＳモジュール１１〜１３，２１，２２の各々においては、変更された電流指令値Ｉ♯に従ってインバータ４が制御されるため、出力電流はＩＬ／５に増加する。

このように、実施の形態１による無停電電源システム１００では、２台の無停電電源装置のうちのいずれか１台の無停電電源装置において、３台のＵＰＳモジュールのうちのいずれか１台のＵＰＳモジュールに故障が生じた場合、総合制御部６００は、残りの５台の正常なＵＰＳモジュールの電流指令値Ｉ♯を互いに均衡するように変更する。これにより、残りの５台の正常なＵＰＳモジュールの間で電流指令値Ｉ♯は常に互いに等しくなる。

次に、比較例を参照しながら、実施の形態１による無停電電源システム１００の作用効果について説明する。

図６に、第１の比較例による無停電電源システムの動作を示す。図６（Ａ）を参照して、第１の比較例による無停電電源システムの回路構成は、図５に示した無停電電源システム１００の回路構成と同じである。

第１の比較例では、無停電電源装置２０のＵＰＳモジュール２３に故障が生じた場合、図６（Ｂ）に示すように、遮断器Ｂ２，Ｂ１２を開放して無停電電源装置２０を解列させる。すなわち、故障のＵＰＳモジュールを有する無停電電源装置を解列させる。よって、無停電電源装置２０に含まれる正常なＵＰＳモジュール２１，２３も解列されて、使用不能な状態となる。

無停電電源装置２０が解列されたことにより、正常なＵＰＳモジュールの台数はｘ＝３となるため、各ＵＰＳモジュールの電流指令値ＩＬ♯はＩＬ＊／３に変更される。ＵＰＳモジュール１１〜１３の各々では、変更された電流指令値ＩＬ♯に従ってインバータ４が制御されることにより、出力電流はＩＬ／３に増加する。

このように、第１の比較例による無停電電源システムにおいても、実施の形態１による無停電電源システム１００（図５（Ｂ）参照）と同様に、１台のＵＰＳモジュールに故障が生じた場合であっても、故障が発生する前と同じ電流ＩＬを負荷に供給し続けることができる。

しかしながら、無停電電源装置２０では、ＵＰＳモジュール２１，２２が正常であるにもかかわらず強制的に使用不能な状態とされるため、正常なＵＰＳモジュールを有効に使用することができないという問題がある。

また、無停電電源装置２０を解列したことによって、無停電電源装置１０では、ＵＰＳモジュール１１〜１３の各々のインバータ４に流れる電流が増加するため、無停電電源システム全体の電力損失が増加し、運転効率が低下する可能性がある。

これに対して、実施の形態１による無停電電源システム１００によれば、図５（Ｂ）で説明したように、故障が生じたＵＰＳモジュールのみを解列させるため、残りの正常なＵＰＳモジュールを全て使用して負荷２に電力を供給することができる。よって、故障したＵＰＳモジュールを解列したことによる各ＵＰＳモジュールのインバータ４に流れる電流の増加を小さくすることができるため、無停電電源システム１００の損失の増加を抑えることができる。

図７に、第２の比較例による無停電電源システムの動作を示す。図７（Ａ）を参照して、第２の比較例による無停電電源システムの構成は、図５に示した無停電電源システム１００の構成と同じである。

第２の比較例では、無停電電源装置２０のＵＰＳモジュール２３に故障が生じた場合、図７（Ｂ）に示すように、スイッチＳ２ｃ，Ｓ１２ｃを開放して、ＵＰＳモジュール２３を解列させる。したがって、残り５台の正常なＵＰＳモジュール１１〜１３，２１，２２を使用して負荷に電流ＩＬを供給することができる。

ここで、第２の比較例では、無停電電源装置２０において、ＵＰＳモジュール２３を解列した後、正常なＵＰＳモジュール２１，２２の出力電流をＩＬ／６からＩＬ／４に変更する。これにより、ＵＰＳモジュール２３を解列した後も無停電電源装置２０の出力電流はＩＬ／２に保たれる。一方、無停電電源装置１０においては、各ＵＰＳモジュールの出力電流はＩＬ／６のままである。

第２の比較例による無停電電源システムにおいても、実施の形態１による無停電電源システム１００（図５（Ｂ）参照）と同様に、１台のＵＰＳモジュールに故障が生じた場合であっても、故障が発生する前と同じ電流ＩＬを負荷に供給することができる。

しかしながら、第２の比較例では、無停電電源装置２０の出力電流をＩＬ／２に保つように、ＵＰＳモジュール２１，２２の出力電流をＩＬ／４に増やす一方で、無停電電源装置１０のＵＰＳモジュール１１〜１３の出力電流はＩＬ／６のままである。これによると、ＵＰＳモジュール２１，２２と、ＵＰＳモジュール１１〜１３との間において、インバータ４の電流制御にばらつきが生じることが起こり得る。

詳細には、ＵＰＳモジュール２１では、電流指令値Ｉ２２♯がＩＬ＊／６からＩＬ＊／４に変更されるため、電流指令値Ｉ２２♯と検出電流値Ｉ２２との偏差Ｉ２２♯−Ｉ２２が大きくなる。そのため、この増加した偏差を零にするための電圧指令値が生成され、この電圧指令値に従ってインバータ４が制御されることとなる。ＵＰＳモジュール２２においても、ＵＰＳモジュール２１と同様の制御が行なわれる。

一方で、ＵＰＳモジュール１１〜１３では、電流指令値Ｉ♯がＩＬ／６＊のままであるため、電流指令値Ｉ♯と検出電流値との偏差が増加することがない。

この結果、電流指令値Ｉ♯が変更されるタイミングにおいては、ＵＰＳモジュール２１，２２で電流制御が不安定となり、無停電電源装置２０の出力電圧ＶＯが電圧指令値ＶＯ＊を下回ってしまう場合が起こり得る。この場合、無停電電源装置２０の出力電圧と無停電電源装置１０の出力電圧との間に電圧差が生じるため、無停電電源装置１０と無停電電源装置２０との間に横流電流が流れる可能性がある。

これに対して、実施の形態１による無停電電源システム１００によれば、図５（Ｂ）に示したように、ＵＰＳモジュール１１〜１３，２１，２２の電流指令値Ｉ♯が互いに均衡するように変更されるため、ＵＰＳモジュールの故障発生後においても、正常な複数台のＵＰＳモジュールの各々では、常に互いに等しい電流指令値Ｉ♯に従ってインバータ４が制御されることとなる。よって、該複数台のＵＰＳモジュール間で電流制御のばらつきが生じることを回避でき、結果的に出力電圧のばらつきを低減することができる。これにより、ＵＰＳモジュールの故障が発生した場合であっても、無停電電源システム１００は、横流電流の発生を抑制して、負荷２に対して安定して電力を供給することができる。

図８は、実施の形態１による無停電電源システム１００の各ＵＰＳモジュールにおける制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。図８以降のフローチャートの処理は、一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて、各ＵＰＳモジュールの制御部６（総合制御部６００）により実行される。

図８を参照して、制御部６は、ステップＳ０１により、自己のＵＰＳモジュールが運転中であるか否かを判定する。インバータ４の半導体スイッチング素子がゲート遮断状態である場合、制御部６は、自己のＵＰＳモジュールが停止状態であると判定して（Ｓ０１にてＮＯ）、処理を終了する。

一方、自己のＵＰＳモジュールが運転中であると判定された場合（Ｓ０１にてＹＥＳ）、制御部６は、ステップＳ０２により、電流センサ６７の検出電流および電圧センサ６８の検出電圧に基づいてＵＰＳモジュールが故障しているか否かを判定する。制御部６は、ステップＳ０３により、判定結果を示す判定信号を他のＵＰＳモジュールの制御部６に送信する。

制御部６は、ステップＳ０４により、判定信号に基づいて、自己のＵＰＳモジュールが正常であるか否かを判定する。自己のＵＰＳモジュールが正常でない、すなわち自己のＵＰＳモジュールに故障が生じている場合（Ｓ０４にてＮＯ）、制御部６は、ステップＳ１０に進み、自己のＵＰＳモジュールを停止させる。制御部６は、さらに、ステップＳ１１により、自己のＵＰＳモジュールを解列させる。

これに対して、自己のＵＰＳモジュールが正常である場合（Ｓ０４にてＹＥＳ）、制御部６は、ステップＳ０５により、他のＵＰＳモジュールからの判定信号を受信すると、ステップＳ０６に進み、受信した判定信号に基づいて、正常なＵＰＳモジュールの台数ｘを検出する。

制御部６は、ステップＳ０７により、電流指令値ＩＬ＊を生成する。制御部６は、さらに、ステップＳ０８により、電流指令値ＩＬ＊を正常なＵＰＳモジュールの台数ｘで除算することにより、正常なＵＰＳモジュールの各々の電流指令値Ｉ♯を生成する（Ｉ♯＝ＩＬ＊／ｘ）。

制御部６は、ステップＳ０９により、出力電流が電流指令値Ｉ♯となるようにインバータ４を制御する。

以上説明したように、実施の形態１による無停電電源システムによれば、並列接続されたｎ台の無停電電源装置のいずれか１台の無停電電源装置において、並列接続されたｍ台のＵＰＳモジュールのうちの１台のＵＰＳモジュールが故障した場合には、残りの正常なＵＰＳモジュールの電流指令値Ｉ♯を互いに均衡するように変更する。このようにすると、故障が発生した後においても、残りの正常なＵＰＳモジュールをすべて使用して、効率的に負荷に電力を供給することができる。また、残りの正常なＵＰＳモジュール間で出力電流制御のばらつきをなくすことができるため、出力電圧差による横流の発生を抑制して、安定的に負荷に電力を供給することができる。

なお、実施の形態１による無停電電源システムにおいて、無停電電源装置の台数ｎおよびＵＰＳモジュールの台数ｍはともに２以上であればよい。すなわち、実施の形態１による無停電電源システムは、図９に示される構成に一般化することができる。

具体的には、図９を参照して、無停電電源システム１００は、入力端子Ｔ１および出力端子Ｔ２の間に並列接続されるｎ台の無停電電源装置１０〜ｎ０を備える。ｎ台の無停電電源装置１０〜ｎ０の各々は、並列接続されるｍ台のＵＰＳモジュールと、バイパス盤とを含む。

図１０（Ａ）に示されるように、ｎ×ｍ台ののＵＰＳモジュールのすべてが正常である場合、各ＵＰＳモジュールにおけるインバータ４の出力電流はＩＬ／（ｎ×ｍ）に制御される。各ＵＰＳモジュールの電流指令値Ｉ♯＝ＩＬ／（ｎ×ｍ）は、本願発明における「第１の指令値」に対応する。

一方、図１０（Ｂ）に示すように、ｎ台の無停電電源装置のうちの１台の無停電電源装置（たとえば、無停電電源装置ｎ）においてｍ台のＵＰＳモジュールのうちの１台のＵＰＳモジュール（たとえばＵＰＳモジュールｎｍ）に故障が生じた場合には、ＵＰＳモジュールｎｍが解列されるとともに、残りの（ｎ×ｍ−１）台の正常なＵＰＳモジュールの出力電流は、ＩＬ／（ｎ×ｍ−１）に制御されることとなる。各ＵＰＳモジュールの電流指令値Ｉ♯＝ＩＬ／（ｎ×ｍ−１）は、本願発明における「第２の指令値」に対応する。

［実施の形態２］
実施の形態２では、実施の形態１による無停電電源システム１００の動作の変形例について説明する。実施の形態２による無停電電源システムの構成は、図１に示した無停電電源システム１００の構成と同じである。

図１１を参照して、１台のＵＰＳモジュールに故障が生じた場合における、実施の形態２による無停電電源システムの動作について説明する。

図１１（Ａ）は、図５（Ａ）に示した構成と同じである。すなわち、無停電電源装置１０，２０がともに正常である場合、無停電電源システムの出力電流をＩＬとすると、各ＵＰＳモジュールの出力電流はＩＬ／６に制御される。

無停電電源装置２０のＵＰＳモジュール２３に故障が生じた場合には、図１１（Ｂ）に示すように、ＵＰＳモジュール２３の制御部６は、スイッチＳ２ｃ，Ｓ１２ｃを開放してＵＰＳモジュール２３を解列するとともに、インバータ４を停止させる。

実施の形態２による無停電電源システムでは、さらに、無停電電源装置１０の３台のＵＰＳモジュール１１〜１３のうちの１台のＵＰＳモジュール（たとえばＵＰＳモジュール１３）の制御部６は、スイッチＳ１ｃ，Ｓ１１ｃを開放して、ＵＰＳモジュール１３を解列する。すなわち、無停電電源装置２０において１台のＵＰＳモジュール２３に故障が生じた場合、該ＵＰＳモジュール２３を解列するとともに、無停電電源装置１０においても１台のＵＰＳモジュール１３を解列する。

図１１（Ｂ）では、故障したＵＰＳモジュールの解列を「１次解列」と表記し、この１次解列に起因するＵＰＳモジュールの解列を「２次解列」と表記している。実施の形態２では、無停電電源装置１０，２０のいずれか一方の無停電電源装置でＵＰＳモジュールが１次解列された場合、他方の無停電電源装置において、１次解列されたＵＰＳモジュールの台数と同じ台数のＵＰＳモジュールが２次解列される。これにより、１次解列および２次解列が行なわれた後の無停電電源システムにおいて、無停電電源装置１０における正常なＵＰＳモジュールの台数と、無停電電源装置２０における正常なＵＰＳモジュールの台数とは互いに等しくなる。

このようにすると、ＵＰＳモジュール２３に故障が生じた後、正常なＵＰＳモジュールの台数ｘはｘ＝４となる。したがって、各ＵＰＳモジュールの電流指令値Ｉ♯はＩＬ＊／４（第２の指令値）に変更され、この変更された電流指令値Ｉ♯に従ってＵＰＳモジュール１１，１２，２１，２２の各々のインバータ４が制御される。これにより、無停電電源システム１００の出力電流をＩＬとすると、ＵＰＳモジュール１１，１２，２１，２２の各々の出力電流はＩＬ／４に制御される。

実施の形態２による無停電電源システムによれば、実施の形態１による無停電電源システムと同様に、１台のＵＰＳモジュールに故障が生じた場合、１次解列および２次解列を経て、残りの正常なＵＰＳモジュールの電流指令値Ｉ♯は互いに均衡するように変更される。これにより、実施の形態１による効果と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２による無停電電源システムでは、さらに、１台のＵＰＳモジュールに故障が生じた場合、１次解列および２次解列によって、無停電電源装置１０，２０の間でＵＰＳモジュールの台数が互いに等しくなるため、無停電電源装置１０，２０の各々の出力電流はＩＬ／２に保たれることとなる。すなわち、各無停電電源装置の出力電流は常にＩＬ／２に制御される。

図１２は、実施の形態２による無停電電源システムの各ＵＰＳモジュールにおける制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。

図１２を参照して、制御部６は、図８と同様のステップＳ０１〜Ｓ０５を実行して、自己のＵＰＳモジュールの故障を判定するとともに、他のＵＰＳモジュールからの判定信号ＤＴを受信する。

制御部６は、ステップＳ０５１により、受信した判定信号ＤＴに基づいて、ＵＰＳモジュール１１〜１３，２１〜２３の中に故障が生じたＵＰＳモジュールがあるか否かを判定する。故障が生じたＵＰＳモジュールがある場合（Ｓ０５１にてＹＥＳ）、制御部６は、ステップＳ０５２に進み、２次解列させるＵＳＰモジュールを決定する。ステップＳ０５２では、故障が生じたＵＰＳモジュールを有する無停電電源装置とは別の無停電電源装置において、予め設定された条件に従って、解列させるＵＰＳモジュールが決定される。たとえば、バイパス盤２４から数えて３番目のＵＰＳモジュール２３に故障が生じた場合（図９Ｂ参照）、無停電電源装置１０では、バイパス盤１４から数えて３番目のＵＰＳモジュール１３を２次解列させるＵＰＳモジュールに決定する。

制御部６は、ステップＳ０５２により、自己のＵＰＳモジュールが２次解列させるＵＰＳモジュールに該当するか否かを判定する。自己のＵＰＳモジュールが２次解列させるＵＰＳモジュールに該当する場合（Ｓ０５３にてＹＥＳ）、制御部６は、ステップＳ１０に進み、自己のＵＰＳモジュールを停止させる。制御部６は、さらに、ステップＳ１１により、自己のＵＰＳモジュールを解列させる。

これに対して、自己のＵＰＳモジュールが２次解列させるＵＰＳモジュールに該当しない場合（Ｓ０５３にてＮＯ）、制御部６は、図８と同様のステップＳ０６〜Ｓ１１を実行して、電流指令値Ｉ♯に応じた値の電流がＵＰＳモジュールから出力されるようにインバータ４を制御する。

以上説明したように、実施の形態２による無停電電源システムによれば、実施の形態１による無停電電源システムと同様、並列接続されたｎ台の無停電電源装置のいずれか１台の無停電電源装置において、並列接続されたｍ台のＵＰＳモジュールのうちの１台のＵＰＳモジュールが故障した場合には、残りの正常なＵＰＳモジュールの電流指令値Ｉ♯を互いに均衡するように変更する。これにより、故障が発生した後においても、残りの正常なＵＰＳモジュールを使用して、効率的に負荷に電力を供給することができる。また、残りの正常なＵＰＳモジュール間で出力電流制御のばらつきをなくすことができるため、安定的に負荷に電力を供給することができる。

なお、実施の形態２による無停電電源システムにおいて、無停電電源装置の台数ｎおよびＵＰＳモジュールの台数ｍはともに２以上であればよい。すなわち、実施の形態２による無停電電源システムは、図１３に示される構成に一般化することができる。

図１３（Ａ）では、ｎ台の無停電電源装置の各々は、並列接続されたｍ台のＵＰＳモジュールを有している。ｎ×ｍ台のＵＰＳモジュールのすべてが正常である場合、各ＵＰＳモジュールにおけるインバータ４の出力電流はＩＬ／（ｎ×ｍ）に制御される。各ＵＰＳモジュールの電流指令値Ｉ♯＝ＩＬ／（ｎ×ｍ）は、本願発明における「第１の指令値」に対応する。

図１３（Ｂ）に示すように、ｎ台の無停電電源装置のうちの１台の無停電電源装置（たとえば、無停電電源装置ｎ）においてｍ台のＵＰＳモジュールのうちの１台のＵＰＳモジュール（たとえばＵＰＳモジュールｎｍ）に故障が生じた場合には、ＵＰＳモジュールｎｍが１次解列されるとともに、残りの（ｎ−１）台の無停電電源装置の各々において、１台のＵＰＳモジュールが２次解列される。したがって、残りのｎ×（ｍ−１）台の正常なＵＰＳモジュールの出力電流は、ＩＬ／｛ｎ×（ｍ−１）｝に制御されることとなる。各ＵＰＳモジュールの電流指令値Ｉ♯＝ＩＬ／｛ｎ×（ｍ−１）｝は、本願発明における「第２の指令値」に対応する。

なお、図１３（Ａ），（Ｂ）から分かるように、実施の形態２による無停電電源システムでは、ＵＰＳモジュールの故障の有無によらず、各無停電電源装置の出力電流はＩＬ／ｎに保たれる。これによれば、各無停電電源装置は、無停電電源システム全体での正常なＵＰＳモジュールの台数ｘを把握することなく、各ＵＰＳモジュールの出力電流指令値Ｉ♯を生成することが可能となる。たとえば、ｎ台の無停電電源装置のうちの１台の無停電電源装置において１台のＵＰＳモジュールに故障が生じた場合には、各無停電電源装置は、自己の出力電流ＩＬ／ｎを（ｍ−１）で除算することで、容易に出力電流指令値Ｉ♯を生成することができる。

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のすべての変更が含まれることが意図される。

１ 交流電源、２ 負荷２ コンバータ、４ インバータ、５ チョッパ、６ 制御部、８ サイリスタスイッチ、１０，２０，ｎ０ 無停電電源装置、１１〜１３，１ｍ，２１〜２３，ｎｍ ＵＰＳモジュール、１４，２４，ｎ４ バイパス盤、６０，６３ 減算器、６１ 電圧制御部、６２ 並列制御部、６４ 電流制御部、６５ ＰＷＭ制御部、６６ 判定部、１００ 無停電電源システム、６００ 総合制御部、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂｎ，Ｂ１ｎ 遮断器、７，Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃ，Ｓ１ｍ，Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃ，Ｓ１１ａ〜Ｓ１１ｃ，Ｓ１１ｍ，Ｓ１２ａ〜Ｓ１２ｃ，Ｓｎａ〜Ｓｎｍ，Ｓ１ｎａ〜Ｓ１ｎｍ スイッチ、Ｔ１，Ｔ３，Ｔ８ 入力端子、Ｔ２，Ｔ５，Ｔ７，Ｔ９ 出力端子、Ｔ４ バッテリ端子、Ｂ バッテリ。

Claims (4)

1. 並列接続されたｎ台（ｎは２以上の整数）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、
   交流電源からの第１の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、
   前記入力端子と前記出力端子との間に並列接続された、ｍ台（ｍは２以上の整数）の無停電電源モジュールと、
   前記入力端子および前記出力端子の間に、前記ｍ台の無停電電源モジュールとそれぞれ直列に接続されるｍ個のスイッチとを備え、
   各無停電電源モジュールは、
   前記交流電源から供給される前記第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記直流電力を第２の交流電力に変換し、前記第２の交流電力を前記出力端子に供給するインバータと、
   前記インバータから前記出力端子に供給される前記第２の交流電力の電流値が第１の指令値に一致するように、前記インバータを制御する制御部とを含み、
   ｎ×ｍ個の前記制御部は、互いに結合されて総合制御部を構成し、
   前記総合制御部は、
   前記ｎ台の無停電電源装置のいずれか１台の無停電電源装置において、前記ｍ台の無停電電源モジュールのうちの１台の無停電電源モジュールの故障が検知された場合には、故障の前記無停電電源モジュールに接続される前記スイッチを開放し、かつ、
   残りの正常な前記無停電電源モジュール間で前記第２の交流電力の電流値が互いに均衡するように、前記第１の指令値を第２の指令値に変更する、無停電電源システム。
2. 前記総合制御部は、
   前記第２の交流電力の電圧値が目標電圧になるように電流指令値を生成し、
   前記電流指令値をｎ×ｍで除算することにより、前記第１の指令値を生成し、
   前記ｎ台の無停電電源装置のいずれか１台の無停電電源装置において、前記ｍ台の無停電電源モジュールのうちの１台の無停電電源モジュールの故障が検知された場合には、前記電流指令値をｎ×ｍ−１で除算することにより、前記第２の指令値を生成する、請求項１に記載の無停電電源システム。
3. 前記総合制御部は、
   前記第２の交流電力の電圧値が目標電圧になるように電流指令値を生成し、
   前記電流指令値をｎ×ｍで除算することにより、前記第１の指令値を生成し、
   前記ｎ台の無停電電源装置のいずれか１台の無停電電源装置において、前記ｍ台の無停電電源モジュールのうちの１台の無停電電源モジュールの故障が検知された場合には、さらに、残りのｎ−１台の無停電電源装置の各々において、前記ｍ台の無停電電源モジュールのうちの１台の無停電電源モジュールに接続される前記スイッチを開放し、かつ、
   前記電流指令値をｎ×（ｍ−１）で除算することにより、前記第２の指令値を生成する、請求項１に記載の無停電電源システム。
4. 前記ｎ台の無停電電源装置の各々は、前記入力端子と前記出力端子との間に前記ｍ台の無停電電源モジュールと並列に接続されるバイパス盤をさらに含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の無停電電源システム。

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