TW201705645A - 無停電電源裝置 - Google Patents

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林健太
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Abstract

本發明的無停電電源裝置(1)係具備：N個UPS模組(U1至UN)，係並聯連接在交流電源(51)與負載(52)之間；電流檢測器(4)，係檢測負載電流；及控制部(32)，係根據電流檢測器(4)的檢測結果，選擇供給負載電流所必要的n個UPS模組(U1至Un)，並且選擇備用的UPS模組(U(n+1))。n個UPS模組(U1至UN)的各者係將屬於負載電流的n分之1的分擔電流供給至負載(52)。備用的UPS模組(U(n+1))係將與n個UPS模組(U1至UN)的輸出電壓相應之值的反電壓輸出至負載(52)，藉此，以不與n個UPS模組(U1至UN)及負載(52)授受電流的狀態進行待機。

Description

無停電電源裝置
本發明係有關無停電電源裝置，具體而言係有關具備有並聯連接在交流電源與負載之間的複數個無停電電源部之無停電電源裝置。
日本國特開2011-188706號公報(下述之專利文獻1)係揭示具備有並聯連接在交流電源與負載之間的複數個無停電電源部之無停電電源裝置。在該無停電電源裝置中，係從複數個無停電電源部之中選擇供給負載電流所必要的n個(其中，n為正整數)無停電電源部，從所選擇的n個無停電電源部供給電流至負載，其餘的各無停電電源部的運轉則予以停止。當負載電流增大而無法再由n個無停電電源部分擔負載電流時，多啟動一個無停電電源部，從(n+1)個無停電電源部供給電流至負載。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本國特開2011-188706號公報
然而，習知技術的無停電電源裝置係在負載電流增大後才令無停電電源部啟動，故有對負載變動的響應速度慢之問題。
此外，當n個無停電電源部之中的一個無停電電源部故障時，係可令正常的無停電電源部啟動。此時若同樣是在故障發生後才令無停電電源部啟動，則對故障發生的響應速度會變慢。
因此，本發明的主要目的係提供對負載變動及故障發生的響應速度快的無停電電源裝置。
本發明的無停電電源裝置係具備：複數個無停電電源部，係並聯連接在交流電源與負載之間；電流檢測器，係檢測負載電流；及控制部，係根據電流檢測器的檢測結果，從複數個無停電電源部選擇供給負載電流所必要的第1至第n無停電電源部，並且選擇第(n+1)無停電電源部。n為正整數。第1至第n無停電電源部的各者係將屬於負載電流的n分之1的分擔電流供給至負載。第(n+1)無停電電源部係將與第1至第n無停電電源部的輸出電壓相應之值的反電壓(counter voltage)輸出至負載，藉此，以不與第1至第n無停電電源部及負載授受電流的狀態進行待機。
在本發明的無停電電源裝置中，係選擇供 給負載電流所必要的第1至第n無停電電源部，並且選擇第(n+1)無停電電源部；第(n+1)無停電電源部係輸出與第1至第n無停電電源部的輸出電壓相應之值的反電壓，藉此，以不與第1至第n無停電電源部及負載授受電流的狀態進行待機。因此，當負載電流增大時以及第1至第n無停電電源部之中的一個無停電電源部故障時，藉由令第(n+1)無停電電源部的輸出電流增大，便能夠迅速應對故障發生。因此，能夠實現對負載變動及故障發生的響應速度快的無停電電源裝置。
1‧‧‧無停電電源裝置
2‧‧‧旁路開關
3‧‧‧旁路模組
3a‧‧‧輸入端子
3b‧‧‧輸出端子
4、CD1至CD3‧‧‧電流檢測器
5‧‧‧通訊線路
11‧‧‧變流器
12‧‧‧反向器
13‧‧‧雙向截波器
14、32‧‧‧控制部
15、33‧‧‧通訊部
21‧‧‧電壓控制部
22‧‧‧電流控制部
23‧‧‧PWM控制部
31‧‧‧半導體開關
51‧‧‧商用交流電源
52‧‧‧負載
53‧‧‧電池
B1‧‧‧直流母線
C1至C3‧‧‧電容器
L1至L3‧‧‧電抗器
F1至F3‧‧‧保險絲
HiZ‧‧‧高阻抗
Ic、Ic1至Ic(n+2)‧‧‧電流指令值
Ion‧‧‧檢測值
Is‧‧‧分擔電流
IH‧‧‧上限值
IL‧‧‧負載電流
IO1至IO5‧‧‧輸出電流
N1‧‧‧節點
S1至S3‧‧‧開關
t0到t5‧‧‧時刻
T1、TI‧‧‧輸入端子
T2、TO‧‧‧輸出端子
T1、T2‧‧‧預定時間
T3、TB‧‧‧電池端子
U1至UN、Un至U(n+2)‧‧‧UPS模組
Vc‧‧‧電壓指令值
VB‧‧‧電池端子T3的直流電壓
VD‧‧‧直流母線B1的直流電壓
VI‧‧‧輸入端子T1的交流電壓
VO‧‧‧輸出端子T2的交流電壓
第1圖係顯示本發明實施形態1的無停電電源裝置的構成之電路方塊(block)圖。
第2圖係顯示第1圖中所示UPS模組(module)的構成之電路方塊圖。
第3圖係顯示第2圖中所示控制部之中與反向器(inverter)的控制關聯之部分的構成之方塊圖。
第4圖係顯示第1圖中所示旁路模組(bypass module)的構成之電路方塊圖。
第5圖係例示第1圖中所示無停電電源裝置的動作之時序圖(time chart)。
第6圖係例示本發明實施形態2的無停電電源裝置的動作之時序圖。
[實施形態1]
第1圖係顯示本發明實施形態1的無停電電源裝置1的構成之電路方塊圖。該無停電電源裝置1係從商用交流電源51接受商用頻率的三相交流電力，將商用頻率的三相交流電力供給至負載52，但為了簡化圖式及說明，在第1圖中係僅顯示與一相的交流電力關聯的部分。
在第1圖中，該無停電電源裝置1係具備：輸入端子TI、輸出端子TO、電池(battery)端子TB、旁路開關(bypass switch)2、旁路模組3、N個UPS(Uninterruptible Power Supply；不斷電電源供給器)模組(無停電電源部)U1至UN、電流檢測器4、及通訊線路5。N為2以上的整數。
輸入端子TI係接受從商用交流電源51供給的交流電力。輸出端子TO係連接至負載52。負載52係由從無停電電源裝置1供給的交流電力所驅動。電池端子TB係連接至電池53(電力儲存裝置)。亦可改為連接電容器取代連接電池53。電池53係蓄存直流電力。
旁路模組3係含有輸入端子3a及輸出端子3b。UPS模組U1至UN的各者係含有輸入端子T1、輸出端子T2、及電池端子T3。旁路開關2的一方端子、旁路模組3的輸入端子3a、及UPS模組U1至UN的輸入端子T1係皆連接至輸入端子TI。
旁路開關2的另一方端子、旁路模組3的輸出端子3b、及UPS模組U1至UN的輸出端子T2係皆連接至節點(node)N1，節點N1係連接至輸出端子TO。UPS模 組U1至UN的電池端子T3係皆連接至電池端子TB。
電流檢測器4係檢測流通於節點N1與輸出端子TO之間的交流電流(亦即負載電流)的瞬間值，輸出表示檢測值的信號。旁路模組3與UPS模組U1至UN係藉由通訊線路5而相互耦接。各模組係經由通訊線路5而與其他模組授受各種資訊、信號。
旁路模組3內的控制部係根據電流檢測器4的檢測結果，從N個UPS模組U1至UN之中選擇供給負載電流IL所必要的n個UPS模組U1至Un，並且選擇備用的UPS模組U(n+1)。n為1以上、N以下之整數。當n=N時，係不選擇備用的UPS模組。
所選擇的n個UPS模組U1至Un的各者係將屬於負載電流IL的n分之1的分擔電流Is供給至負載52。備用的UPS模組U(n+1)係將與UPS模組U1至Un的輸出電壓相應之值的反電壓輸出至負載52，藉此，以不與UPS模組U1至Un及負載52授受電流的狀態進行待機。係以防止有電流從UPS模組U(n+1)往UPS模組U1至Un及負載52電流流出且防止有電流從UPS模組U1至Un及負載52往UPS模組U(n+1)流入之方式調整反電壓。
當負載電流IL增大使得分擔電流Is超過上限值時，備用的UPS模組U(n+1)開始進行對負載52的電流之輸出，負載電流IL係由(n+1)個UPS模組U1至U(n+1)分擔。UPS模組U1至U(n+1)的各者係將屬於負載電流IL的(n+1)分之1的分擔電流Is供給至負載52。因此，能夠 迅速應對負載電流IL的增大。
當UPS模組U1至Un之中有任一個UPS模組故障時，備用的UPS模組U(n+1)係取代故障的UPS模組，將屬於負載電流IL的n分之1的分擔電流Is供給至負載52。當UPS模組U1至Un之中有兩個以上的UPS模組故障時，旁路開關2導通(ON)，將來自商用交流電源51的交流電力經由開關2供給至負載52。因此，能夠迅速應對故障發生。
此處，針對反電壓進行說明。UPS模組U1至U(n+1)的輸出電壓雖為交流電壓，但以某瞬間來說係能夠將UPS模組U1至U(n+1)的輸出電壓視為直流電壓。在UPS模組U1至U(n+1)的輸出電壓為正電壓的期間，係可等效為如下的等效電路：UPS模組U1至U(n+1)的輸出電壓施加至(n+1)個二極體的陽極(anode)，(n+1)個二極體的陰極(cathode)皆連接至負載52。
當將UPS模組U(n+1)的輸出電壓設定為與UPS模組U1至Un的輸出電壓相同值，(n+1)個二極體便皆導通，電流從UPS模組U1至U(n+1)經由(n+1)個二極體流至負載52。當將UPS模組U(n+1)的輸出電壓逐漸降低，與UPS模組U(n+1)對應的二極體便會關斷(off)，電流從UPS模組U1至Un流至負載52，惟無電流從UPS模組U(n+1)流至負載52。與UPS模組U(n+1)對應的二極體關斷時的電壓係對應為反電壓。
當將UPS模組U(n+1)的輸出電壓提高到比 反電壓高而令與UPS模組U(n+1)對應的二極體再次導通，電流便從UPS模組U1至U(n+1)流至負載52。因此，只要將UPS模組U(n+1)的輸出電壓維持在反電壓進行待機，則藉由將UPS模組U(n+1)的輸出電壓提高便能夠迅速開始進行從UPS模組U(n+1)往負載52的電流之供給。
同理，在UPS模組U1至U(n+1)的輸出電壓為負電壓的期間，係可等效為如下的等效電路：UPS模組U1至U(n+1)的輸出電壓施加至(n+1)個二極體的陰極，(n+1)個二極體的陽極皆連接至負載52。
當將UPS模組U(n+1)的輸出電壓設定為與UPS模組U1至Un的輸出電壓相同值，(n+1)個二極體便皆導通，電流從負載52經由(n+1)個二極體流至UPS模組U1至U(n+1)。當將UPS模組U(n+1)的輸出電壓逐漸提高，與UPS模組U(n+1)對應的二極體便會關斷，電流從負載52流至UPS模組U1至Un，惟無電流從負載52流至UPS模組U(n+1)。與UPS模組U(n+1)對應的二極體關斷時的電壓係對應為反電壓。
當將UPS模組U(n+1)的輸出電壓降低到比反電壓低而令與UPS模組U(n+1)對應的二極體再次導通，電流便從負載52流至UPS模組U1至U(n+1)。因此，只要將UPS模組U(n+1)的輸出電壓維持在反電壓進行待機，則藉由降低UPS模組U(n+1)的輸出電壓便能夠迅速開始進行從UPS模組U(n+1)對負載52的負電流之供給。以下，針對該無停電電源裝置1的構成及動作，詳細進行說明。
第2圖係顯示UPS模組Un的構成之電路方塊圖。UPS模組Un係接受三相交流電力，輸出三相交流電力，但為了簡化圖式及說明，在第2圖中係僅顯示與一相的交流電力關聯的部分。在第2圖中，該UPS模組Un係具備：輸入端子T1、輸出端子T2、電池端子T3、保險絲(fuse)F1至F3、開關S1至S3、電容器C1至C3、電抗器(reactor)L1至L3、變流器(converter)11、直流母線B1、反向器(inverter，又稱逆變器)12、雙向截波器(chopper)13、電流檢測器CD1至CD3、控制部14、及通訊部15。輸入端子T1、輸出端子T2、及電池端子T3係如同前述第1圖時的說明。
開關S1的一方端子係經介保險絲F1而連接至輸入端子T1，開關S1的另一方端子係經介電抗器L1而連接至變流器11的輸入節點。電容器C1係連接至開關S1的另一方端子。變流器11的輸出節點係經由直流母線B1連接至反向器12的輸入節點並且連接至雙向截波器13的一方輸入/輸出節點。電容器C3係連接至直流母線B1。UPS模組U1至UN的直流母線B1係相互連接。
反向器12的輸出節點係經介電抗器L2而連接至開關S2的一方端子，開關S2的另一方端子係經介保險絲F2而連接至輸出端子T2。電容器C2係連接至開關S2的一方端子。開關S3的一方端子係經介保險絲F3而連接至電池端子T3，開關S3的另一方端子係經介電抗器L3而連接至雙向截波器13的另一方輸入/輸出節點。
保險絲F1係在過電流流過時熔斷(blow)，以保護變流器11等元件。開關S1係由控制部14控制，在從商用交流電源51接受交流電力之供給的通常時導通，在來自商用交流電源51的交流電力之供給停止的停電時關斷。
電容器C1及電抗器L1係構成交流濾波器(filter)。交流濾波器為低通濾波器(low pass filter)，讓從商用交流電源51供給的商用頻率的交流電力通過，遮斷變流器11產生的為切換(switching)頻率的信號。
變流器11係由控制部14控制，在從商用交流電源51供給有交流電力的通常時，係將來自商用交流電源51的交流電力轉換成直流電力，將該直流電力經由直流母線B1施加至反向器12及雙向截波器13。變流器11係以使直流母線B1的直流電壓VD一致於目標直流電壓VDT之方式輸出直流電流至直流母線B1。在來自商用交流電源51的交流電力之供給停止的停電時，變流器11的運轉係停止。電容器C3係使直流母線B1的直流電壓VD平滑化及穩定化。
保險絲F3係在過電流流過時熔斷，以保護電池53、雙向截波器13等元件。開關S3係通常為導通，在例如電池53的維修(maintenance)時關斷。電抗器L3為低通濾波器，讓直流電力通過，遮斷雙向截波器13產生的為切換頻率的信號。
雙向截波器13係由控制部14控制，在通常 時係將由變流器11產生的直流電力蓄存在電池53，在停電時係將電池53的直流電力供給至反向器12。雙向截波器13在通常時係以使電池53的端子間電壓VB成為目標直流電壓VBT之方式供給直流電流至電池53。雙向截波器13在停電時係以使直流母線B1的直流電壓VD一致於目標直流電壓VDT之方式輸出直流電流至直流母線B1。
反向器12係由控制部14控制。反向器12係當相對應的UPS模組Un被選擇作為供給負載電流IL所必要的UPS模組時，輸出分擔電流Is至負載52。此時，反向器12在通常時係將由變流器11產生的直流電力轉換成商用頻率的交流電力再供給至負載52，在停電時係將從電池53經介雙向截波器13供給的直流電力轉換成商用頻率的交流電力而供給至負載52。
反向器12係當相對應的UPS模組Un被選擇作為備用的UPS模組時，輸出與其他UPS模組的輸出電壓對抗的反電壓，成為不與其他UPS模組及負載52授受電流的待機狀態。換言之，此時，反向器12係輸出反電壓、輸出0A。
電抗器L2及電容器C2係構成交流濾波器。交流濾波器為低通濾波器，讓由反向器12產生的商用頻率的交流電力通過，遮斷反向器12產生的為切換頻率的信號。換言之，交流濾波器係將反向器12的輸出電壓的波形整形成正弦波。
開關S2係由控制部14控制。開關S2係當 相對應的UPS模組Un被選擇作為供給負載電流IL所必要的UPS模組時導通。此外，開關S2係當相對應的UPS模組Un被選擇作為備用的UPS模組時導通。其他時候，開關S2係關斷。當開關S2關斷，UPS模組Un係對於負載52形成為高阻抗(high impedance)狀態。UPS模組U1至UN的開關S2係構成如下的變換電路：將N個UPS模組U1至UN之中被選擇的(n+1)個UPS模組U1至U(n+1)並聯連接於負載52，將其餘的各UPS模組從負載52電性分離。
輸入端子T1的交流電壓VI(亦即從商用交流電源51供給的交流電壓)、輸出端子T2的交流電壓VO(亦即輸出電壓)、電池端子T3的直流電壓VB(亦即電池53的端子間電壓)、及直流母線B1的直流電壓VD係提供給控制部14。
電流檢測器CD1係檢測流通於電抗器L1的交流電流(亦即變流器11的輸入電流)的瞬間值，將表示該檢測值的信號提供給控制部14。電流檢測器CD2係檢測流通於電抗器L2的交流電流(亦即反向器12的輸出電流)的瞬間值，將表示該檢測值的信號提供給控制部14。電流檢測器CD3係檢測流通於電抗器L3的直流電流(亦即流通於電池53的直流電流)的瞬間值，將表示該檢測值的信號提供給控制部14。
通訊部15係設置在控制部14與通訊線路5之間，在與旁路模組3及其他UPS模組之間授受各種資訊、信號。
控制部14係判別反向器12是否正常，當判別為反向器12故障時，將故障檢出信號經由通訊部15及通訊線路5輸出至旁路模組3。
控制部14係根據交流電壓VI、VO的瞬間值、直流電壓VB、VD的瞬間值、電流檢測器CD1至CD3的檢測值、從旁路模組3經由通訊線路5及通訊部15供給的資訊、信號(電流指令值、運轉指令信號、停止指令信號等)來控制變流器11、反向器12、及雙向截波器13。
具體而言，控制部14係根據輸入端子T1的交流電壓VI的瞬間值、直流母線B1的直流電壓VD的瞬間值、電流檢測器CD1的檢測值、來自旁路模組3的電流指令值等來控制來控制變流器11。藉此，使直流母線B1的直流電壓VD維持在目標直流電壓VDT。
控制部14係根據輸入端子T1的交流電壓VI的瞬間值、直流母線B1的直流電壓VD的瞬間值、電池端子T3的直流電壓VB的瞬間值、電流檢測器CD3的輸出信號、來自旁路模組3的電流指令值等來控制雙向截波器13。藉此，使電池53的端子間電壓VB維持在目標直流電壓VBT。
控制部14係根據輸入端子T1的交流電壓VI的瞬間值、輸出端子T2的交流電壓VO的瞬間值、電流檢測器CD2的輸出信號、來自旁路模組3的電流指令值等來控制反向器12。藉此，使反向器12的輸出電流維持在分擔電流Is或0A。
第3圖係顯示控制部14之中與反向器12的控制關聯之部分的構成之方塊圖。在第3圖中，控制部14係含有電壓控制部21、電流控制部22、及PWM(pulse width modulation；脈波寬度調變)控制部23。
電壓控制部21係求取來自旁路模組3的電流指令值Icn與電流檢測器CD2的檢測值Ion(UPS模組Un的輸出電流)之偏差，以使該偏差消失之方式產生電壓指令值Vc。電流控制部22係求取輸出電壓VO與電壓指令值Vc之偏差，以使該偏差消失之方式產生電流指令值Ic。PWM控制部23係同步於輸入端子T1的交流電壓VI，按照電流指令值Ic產生PWM信號，以該PWM信號控制反向器12。
來自旁路模組3的電流指令值Icn係當相對應的UPS模組Un被選擇作為供給負載電流IL所必要的UPS模組時，被設定為與分擔電流Is相應之值，當相對應的UPS模組Un被選擇作為備用的UPS模組時，被設定為與0A相應之值。
換言之，反向器12係當相對應的UPS模組Un被選擇作為供給負載電流IL所必要的UPS模組時，輸出分擔電流Is。反向器12係當相對應的UPS模組Un被選擇作為備用的UPS模組時，輸出與其他UPS模組的輸出電壓VO相應之值的反電壓並且輸出0A，成為不與其他UPS模組及負載52授受電流的待機狀態。因反向器12早已啟動且成為待機狀態，故當電流指令值Icn增大時，反向器 12的輸出電流係迅速且順暢地增大。
第4圖係顯示旁路模組3的構成之電路方塊圖。旁路模組3係接受三相交流電力，輸出三相交流電力，但為了簡化圖式及說明，在第4圖中係僅顯示與一相的交流電力關聯的部分。在第3圖中，旁路模組3係含有輸入端子3a、輸出端子3b、半導體開關31、控制部32、及通訊部33。
半導體開關31係連接在輸入端子3a與輸出端子3b之間，由控制部32設成導通狀態或關斷狀態。半導體開關31係例如含有彼此反向並聯的兩個閘流體(thyristor)。半導體開關31係亦可使用電晶體(transistor)等其他半導體元件構成。通訊部33係連接在控制部32與通訊線路5之間，在控制部32與UPS模組U1至UN之間授受各種資訊、信號。
控制部32係根據輸入端子3a的交流電壓VI(從商用交流電源51的供給的交流電壓)的瞬間值、輸出端子3b的交流電壓VO(UPS模組U1至UN的輸出電壓)的瞬間值、電池端子TB的直流電壓VB(電池53的端子間電壓)的瞬間值、直流母線B1的直流電壓VD、電流檢測器4的檢測值(亦即負載電流IL)、來自UPS模組U1至UN的故障檢出信號等來控制UPS模組U1至UN、半導體開關31、及旁路開關2。
具體而言，控制部32係根據輸入電壓VI的瞬間值，判別是否有從商用交流電源51正常供給交流電 力(亦即是否發生停電)，將表示判別結果的信號經由通訊部33傳送至UPS模組U1至UN的控制部14。
在被選擇為供給負載電流IL所必要的UPS模組中，在沒有發生停電的通常時，係藉由變流器11將來自商用交流電源51的交流電力轉換成直流電力，將該直流電力經由雙向截波器13蓄存在電池53，並且藉由反向器12轉換成交流電力再供給至負載52。
當發生停電時，變流器11的運轉停止，電池53的直流電力係經由雙向截波器13供給至反向器12，藉由反向器12轉換成交流電力再供給至負載52。因此，在有直流電力蓄存在電池53的期間，負載52的運轉繼續進行。
控制部32係求取目標輸出電壓VOT與輸出電壓VO之偏差，以使該偏差消失之方式產生電流指令值Ico，將該電流指令值Ico經由通訊部33傳送至UPS模組U1至UN的控制部14。該電流指令值Ico係加至前述的電流指令值Icn，使用於控制反向器12。
控制部32係求取目標直流電壓VDT與直流電壓VD之偏差，以使該偏差消失之方式產生電流指令值Icd，將該電流指令值Icd經由通訊部33傳送至UPS模組U1至UN的控制部14。該電流指令值Icd係使用於控制變流器11及雙向截波器13。
控制部32係求取目標直流電壓VBT與直流電壓VB之偏差，以使該偏差消失之方式產生電流指令值 Icb，該將電流指令值Icb經由通訊部33傳送至UPS模組U1至UN的控制部14。該電流指令值Icb係使用於控制雙向截波器13。
此外，控制部32係根據電流檢測器4的檢測值(亦即負載電流IL)，從UPS模組U1至UN之中選擇供給負載電流IL所必要的N個UPS模組U1至Un，並且選擇備用的UPS模組U(n+1)。控制部32係經由通訊部33，將運轉指令信號輸出至UPS模組U1至U(n+1)的控制部14，並且將停止指令信號輸出至其餘的UPS模組U(n+2)至UN的控制部14。藉此，使UPS模組U1至U(n+1)運轉，使UPS模組U(n+2)至UN的運轉停止。
控制部32係將負載電流IL除以n而求出UPS模組U1至Un各者的分擔電流Is，產生與該分擔電流Is相應之值的電流指令值Ic1至Icn，將所產生的電流指令值Ic1至Icn經由通訊部33分別傳送至UPS模組U1至Un的控制部14。控制部32係產生與0A相應之值的電流指令值Ic(n+1)，將該電流指令值Ic(n+1)經由通訊部33輸出至備用的UPS模組U(n+1)的控制部14。
控制部32係當因負載電流IL增大使得供給負載電流IL所必要的UPS模組的個數增加一個而成為(n+1)個時，選擇(n+1)個UPS模組U1至U(n+1)，並且選擇備用的UPS模組U(n+2)。控制部32係經由通訊部33將運轉指令信號除了輸出至UPS模組U1至Un的控制部14之外也輸出至UPS模組U(n+1)的控制部14。
控制部32係將增大後的負載電流IL除以(n+1)而求出UPS模組U1至U(n+1)各者的新的分擔電流Is，產生與該分擔電流Is相應之值的電流指令值Ic1至Ic(n+1)，將所產生的電流指令值Ic1至Ic(n+1)經由通訊部33分別傳送至UPS模組U1至U(n+1)的控制部14。控制部32係產生與0A相應之值的電流指令值Ic(n+2)，將該電流指令值Ic(n+2)經由通訊部33輸出至備用的UPS模組U(n+2)的控制部14。藉此，增大後的負載電流IL係由(n+1)個UPS模組U1至U(n+1)分擔，一個UPS模組(n+2)則成為待機狀態。
控制部32係當從運轉中的UPS模組U1至Un之中的一個UPS模組接收到故障檢出信號時，令電流指令值Ic(n+1)增大至與分擔電流Is相應之值，將該電流指令值Ic(n+1)經由通訊部33傳送至UPS模組U(n+1)的控制部14。藉此，負載電流IL仍由n個UPS模組分擔。此時，一個UPS模組(n+2)新開始成為待機狀態。
控制部32係當從運轉中的UPS模組U1至Un之中的兩個以上的UPS模組接收到故障檢出信號時，因無法由UPS模組U1至U(n+1)分擔負載電流IL，故令半導體開關31及旁路開關2導通，於預定時間後令半導體開關31關斷。藉此，瞬間將來自商用交流電源51的交流電力供給至負載52，負載52的運轉繼續進行。之所以於預定時間後令半導體開關31導通，係為了防止半導體開關31因過熱而損壞。
第5圖的(a)至(f)係例示本無停電電源裝置1的動作之時序圖。此處，係設N=5及設UPS模組U1至U5各者的額定電流為100A。第5圖的(a)至(e)係分別顯示UPS模組U1至U5的輸出電流IO1至IO5，第5圖的(f)係顯示旁路開關2的導通/關斷狀態。
在初始狀態，係設負載電流IL為180A。要供給180A至少需要兩個UPS模組。因此，旁路模組3的控制部32係選擇供給負載電流IL所必要的兩個UPS模組U1、U2，並且選擇備用的UPS模組U3。
控制部32係將運轉指令信號傳送至UPS模組U1至U3的各者，並且將停止指令信號傳送至其餘的UPS模組U4、U5的各者。藉此，UPS模組U1至U3運轉，UPS模組U4、U5的運轉停止。在UPS模組U1至U3中，反向器12運轉，開關S2導通。在UPS模組U4、U5中，反向器12的運轉停止，開關S2關斷。
控制部32係將負載電流IL=180A除以n=2而求出分擔電流Is=90A，產生與該分擔電流Is相應之值的電流指令值Ic1、Ic2，將該些電流指令值Ic1、Ic2分別傳送至UPS模組U1、U2。此外，控制部32係產生與0A相應之值的電流指令值Ic3，提供給備用的UPS模組U3。
因此，在時刻t0，UPS模組U1、U2的輸出電流IO1、IO2係皆成為90A，UPS模組U3的輸出電流IO3係成為0A，UPS模組U4、U5係皆成為高阻抗狀態(HiZ)。亦即，UPS模組U3係輸出與UPS模組U1、U2的輸出電壓 VO對抗的反電壓，成為不與UPS模組U1、U2及負載52授受電流的待機狀態。
接著，在時刻t1，設負載電流IL從180A往240A增大。相應於此，UPS模組U1、U2的輸出電流IO1、IO2相應增大，在時刻t2，當IO1、IO2各者超過上限值IH=100A，控制部32便將負載電流IL除以n=3來求取分擔電流Is，產生與該分擔電流Is相應之值的電流指令值Ic1至Ic3，將該些電流指令值Ic1至Ic3分別傳送至UPS模組U1至U3。上限值IH係可為與UPS模組U1至U5各者的額定電流相同之值，亦可為若干大於額定電流之值，亦可為若干小於額定電流之值。
在時刻t3，當負載電流IL達到240A，分擔電流Is便成為240/3=80A，UPS模組U1至U3的輸出電流IO1至IO3係皆成為80A。
此外，控制部32係選擇備用的UPS模組U4，將運轉指令信號傳送至該UPS模組U4，並且產生與0A相應之值的電流指令值Ic4而傳送至UPS模組U4。藉此，在UPS模組U4中，反向器12運轉，開關S2導通，UPS模組U4的輸出電流IO4係成為0A，UPS模組U4係成為待機狀態。
接著，在時刻t4，設UPS模組U3的反向器12故障。此時，UPS模組U3的開關S2關斷，UPS模組U3係成為高阻抗狀態。UPS模組U3的控制部14係將故障檢出信號F3傳送至旁路模組3的控制部32。旁路模組3 的控制部32係將與分擔電流Is=80A相應之值的電流指令值Ic4傳送至UPS模組U4。藉此，UPS模組U4的輸出電流IO4從0A增大至80A，而由UPS模組U1、U2、U4分擔負載電流IL=240A。
此外，控制部32係選擇備用的UPS模組U5，將運轉指令信號傳送至該UPS模組U5，並且產生與0A相應之值的電流指令值Ic5，傳送至UPS模組U5。藉此，在UPS模組U5中，反向器12運轉，開關S2導通，UPS模組U5的輸出電流IO5係成為0A，UPS模組U5係成為待機狀態。
接著，在時刻t5，設UPS模組U1、U2的反向器12故障。此時，UPS模組U1、U2的開關S2關斷，UPS模組U1、U2係成為高阻抗狀態。UPS模組U1、U2的控制部14係將故障檢出信號F1、F2傳送至旁路模組3的控制部32。
旁路模組3的控制部32係將運轉停止指令信號傳送至全部的UPS模組U1至U5，並且令半導體開關31及旁路開關2導通，於預定時間後，令半導體開關31關斷。藉此，UPS模組U1至U5係皆成為高阻抗狀態，從商用交流電源51經由旁路開關2供給負載電流IL=240A至負載52。
另外，當在時刻t1，為負載電流IL從180A減少至90A的情形時，UPS模組U1的輸出電流IO1成為90A，UPS模組U2成為待機狀態，UPS模組U3成為高阻 抗狀態。
在本實施形態1中，係令n個UPS模組U1至Un分擔負載電流IL並且將備用的UPS模組U(n+1)設為待機狀態，當負載電流IL增大時係令備用的UPS模組U(n+1)的輸出電流Io增大而令(n+1)個UPS模組U1至U(n+1)分擔負載電流IL。因此，即使負載電流IL增大，仍能夠迅速應對，從而能夠實現對負載變動的響應速度快的無停電電源裝置1。
當運轉中的UPS模組U1至Un之中有任一個故障時，待機中的UPS模組U(n+1)係取代故障的UPS模組輸出分擔電流Is。因此，也能夠迅速應對UPS模組的故障。
當運轉中的UPS模組U1至Un之中有兩個以上故障時，令旁路開關2導通而將來自商用交流電源51的交流電力供給至負載52。因此，此狀況下仍然能夠繼續負載52的運轉。
另外，在本實施形態1中，雖然係選擇UPS模組U1至UN之中的UPS模組U1至U(n+1)，但不以此為限，當然亦可選擇UPS模組U1至UN之中的任意的(n+1)個UPS模組。例如，當是選擇三個UPS模組時，不限於選擇U1至U3，亦可選擇U1、U3、U5。
[實施形態2]
在實施形態1中，當負載電流IL無變動且UPS模組無故障時，輸出分擔電流Is的UPS模組U1至Un與備用 的UPS模組(n+1)之關係係固定不變。此情形下，UPS模組U1至Un的負擔比UPS模組U(n+1)還大，有UPS模組U1至Un的壽命比UPS模組U(n+1)還短之虞。本實施形態2係謀求解決此一問題。
在本實施形態2中，在令UPS模組U1至Un各者輸出分擔電流Is且將UPS模組U(n+1)設為待機狀態的情形中，旁路模組3的控制部32係對UPS模組U1至U(n+1)，以預定週期依序逐個選擇。控制部32係例如含有檢測預定週期的計時器(timer)。
控制部32係令所選擇的UPS模組用的電流指令值逐漸減少而使該UPS模組的輸出電流成為0A，並且令被設為待機狀態的UPS模組用的電流指令值逐漸增大而使該UPS模組的輸出電流成為分擔電流Is。因此，能夠將UPS模組U1至U(n+1)每隔預定時間依序逐個設為待機狀態，從而能夠將UPS模組U1至U(n+1)的負擔(亦即壽命)予以均等化。
第6圖的(a)至(c)係例示本無停電電源裝置的動作之時序圖。第6圖的(a)至(c)係分別顯示UPS模組U1至U3的輸出電流IO1至IO3。此處，係設：UPS模組的額定電流為100A、負載電流IL為180A、兩個UPS模組皆輸出分擔電流Is=90A、備用的一個UPS模組被設為待機狀態而輸出0A。
在某時刻t0，設UPS模組U1、U2皆輸出分擔電流Is=90A及設UPS模組U3輸出0A。旁路模組3的控 制部32係對UPS模組U1至U3，以預定週期(T1+T2)依序逐個選擇。
在時刻t1，控制部32係選擇UPS模組U1。控制部32係用預定時間T1(時刻t1至t2)令所選擇的UPS模組U1用的電流指令值Ic1逐漸減少而使該UPS模組U1的輸出電流IO1成為0A，並且令被設為待機狀態的UPS模組U3用的電流指令值Ic3逐漸增大而使該UPS模組U3的輸出電流IO3成為分擔電流Is=90A。在這段期間，IO1與IO3之和係始終維持為分擔電流Is=90A。
在從時刻t2經過預定時間T2後的時刻t3，控制部32係選擇UPS模組U2。控制部32係用預定時間T1(時刻t3至t4)令所選擇的UPS模組U2用的電流指令值Ic2逐漸減少而使該UPS模組U2的輸出電流IO2成為0A，並且令被設為待機狀態的UPS模組U1用的電流指令值Ic1逐漸增大而使該UPS模組U1的輸出電流IO1成為分擔電流Is=90A。在這段期間，IO1與IO2之和係始終維持為分擔電流Is=90A。
在本實施形態2中，係對UPS模組U1至U(n+1)，以預定週期依序逐個選擇，將所選擇的UPS模組設為待機狀態，令其他n個UPS模組分擔負載電流IL。因此，能夠將UPS模組U1至U(n+1)的負擔(亦即壽命)予以均等化。
本說明書中所揭示的實施形態之各點均為例子而已，不應將之視為本發明之限制。本發明之範圍， 並不限於上述說明，而是如申請專利範圍所示，且包含與申請專利範圍均等之意義以及範圍內之所有變更。
1‧‧‧無停電電源裝置
2‧‧‧旁路開關
3‧‧‧旁路模組
3a‧‧‧輸入端子
3b‧‧‧輸出端子
4‧‧‧電流檢測器
5‧‧‧通訊線路
51‧‧‧商用交流電源
52‧‧‧負載
53‧‧‧電池
N1‧‧‧節點
T1、TI‧‧‧輸入端子
T1、T2‧‧‧預定時間
T2、TO‧‧‧輸出端子
T3、TB‧‧‧電池端子
U1至UN‧‧‧UPS模組

Claims (11)

  1. 一種無停電電源裝置，係具備：複數個無停電電源部，係並聯連接在交流電源與負載之間；電流檢測器，係檢測負載電流；及控制部，係根據前述電流檢測器的檢測結果，從前述複數個無停電電源部選擇供給前述負載電流所必要的第1至第n無停電電源部，並且選擇第(n+1)無停電電源部；其中，n為正整數；前述第1至第n無停電電源部的各者係將屬於前述負載電流的n分之1的分擔電流供給至前述負載；前述第(n+1)無停電電源部係將與前述第1至第n無停電電源部的輸出電壓相應之值的反電壓輸出至前述負載，藉此，以不與前述第1至第n無停電電源部及前述負載授受電流的狀態進行待機。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無停電電源裝置，其中，當前述負載電流增大使得前述分擔電流超過預設的上限值時，前述第(n+1)無停電電源部係開始進行對前述負載的電流之輸出，前述第1至第(n+1)無停電電源部的各者係將屬於前述負載電流的(n+1)分之1的分擔電流供給至前述負載。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之無停電電源裝置，其中，前述控制部係從前述複數個無停電電源部進一步選擇 第(n+2)無停電電源部；前述第(n+2)無停電電源部係將與前述第1至第(n+1)無停電電源部的輸出電壓相應之值的反電壓輸出至前述負載，藉此，以不與前述第1至第(n+1)無停電電源部及前述負載授受電流的狀態進行待機。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之無停電電源裝置，其中，當前述第1至第n無停電電源部之中有任一個無停電電源部故障時，前述第(n+1)無停電電源部係取代故障的無停電電源部，將屬於前述負載電流的n分之1的分擔電流供給至前述負載。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之無停電電源裝置，其中，前述控制部係從前述複數個無停電電源部進一步選擇第(n+2)無停電電源部；前述第(n+2)無停電電源部係將與運轉中的n個無停電電源部的輸出電壓相應之值的反電壓輸出至前述負載，藉此，以不與運轉中的n個無停電電源部及前述負載授受電流的狀態進行待機。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之無停電電源裝置，其中，更具備：旁路開關，係連接在前述交流電源與前述負載之間，當前述第1至第n無停電電源部之中有兩個以上的無停電電源部故障時導通。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之無停電電源裝置，其中，前述控制部係以預設的週期依序逐個選擇前述第1至第(n+1)無停電電源部； 前述第1至第(n+1)無停電電源部之中被選擇的無停電電源部係將與未被選擇的n個無停電電源部的輸出電壓相應之值的反電壓輸出至前述負載，藉此，以不與前述n個無停電電源部及前述負載授受電流的狀態進行待機；前述n個無停電電源部係將屬於前述負載電流的n分之1的分擔電流供給至前述負載。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之無停電電源裝置，其中，前述複數個無停電電源部的各者係含有：變流器，係將從前述交流電源供給的交流電力轉換成直流電力；及反向器，係將直流電力轉換成交流電力而供給至前述負載；在從前述交流電源供給有交流電力的通常時，由前述變流器產生的直流電力係被供給至前述反向器並且被蓄存在電力儲存裝置；而在來自前述交流電源的交流電力之供給停止的停電時，前述電力儲存裝置的直流電力係被供給至前述反向器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之無停電電源裝置，其中，前述第1至第n無停電電源部的各者所含有的前述反向器係將屬於前述負載電流的n分之1的分擔電流供給至前述負載；前述第(n+1)無停電電源部所含有的前述反向器係 將與前述第1至第n無停電電源部的前述反向器的輸出電壓相應之值的反電壓輸出至前述負載，藉此，以不與前述第1至第n無停電電源部的前述反向器及前述負載授受電流的狀態進行待機。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之無停電電源裝置，其中，前述控制部係產生第1至第(n+1)電流指令值，而分別提供給前述第1至第(n+1)無停電電源部；前述第1至第n個電流指令值係皆為與屬於前述負載電流的n分之1的分擔電流相應之值，前述第(n+1)電流指令值係為與0A相應之值；前述第1至第(n+1)無停電電源部係分別將與前述第1至第(n+1)電流指令值相應之值的電流輸出至前述負載。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之無停電電源裝置，其中，更具備：切換電路，係將前述複數個無停電電源部之中的前述第1至第(n+1)無停電電源部並聯連接於前述負載，而將其餘的各無停電電源部從前述負載電性分離。
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