(57)【要約】      （修正有）【課題】独立して自機の故障を判定することができ、交流出力の１周期よりも短い時間内に選択遮断を行なうことができるようにする。【解決手段】無停電電源装置１は、直流電圧を交流電圧に変換して負荷機器に供給する。そして、自機内の電圧と電流の瞬時値を用いて故障判定を行う制御部４を有する。なお、直流電圧Ｅｄｃを電圧指令値ｕに基づいて変調することによって正弦波状の交流電圧を生成する半導体ブリッジ回路１２と、半導体ブリッジ回路１２と負荷機器との間に直列挿入されたフィルタ回路１３とを有するインバータ部３と、制御部４の故障判定に応じてインバータ部３と負荷機器とを接続または遮断する切離しスイッチ５と、を備えるようにするのが好ましい。【選択図】図１
2010104157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を交流電圧に変換して負荷機器に供給する無停電電源装置において、
自機内の電圧と電流の瞬時値を用いて故障判定を行う制御部を有することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
請求項１記載の無停電電源装置において、
前記直流電圧を電圧指令値に基づいて変調することによって正弦波状の交流電圧を生成する半導体ブリッジ回路と、上記半導体ブリッジ回路と前記負荷機器との間に直列挿入されたフィルタ回路とを有するインバータ部と、
前記制御部の故障判定に応じて上記インバータ部と前記負荷機器とを接続または遮断する切離しスイッチと、
を備えることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項３】
請求項２記載の無停電電源装置において、
前記制御部は、前記フィルタ回路中のインダクタを流れるインダクタ電流と前記インバータ部の回路定数を用いて生成した上記インダクタ電流の推定値となる模擬値との偏差に基づいて故障判定信号を生成することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項４】
請求項３記載の無停電電源装置において、
前記制御部は、前記直流電圧の瞬時値と前記電圧指令値の瞬時値との積と、前記インバータ部の出力電圧と、の偏差に基づいて前記インダクタ電流の模擬値を生成することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の無停電電源装置において、
前記制御部は、前記インバータ部の内部抵抗値を推定する内部抵抗推定部を備え、予め推定された上記内部抵抗値を用いて前記インダクタ電流の模擬値を生成することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項６】
直流電圧を交流電圧に変換して負荷機器に供給する無停電電源装置の遮断方法において、
上記直流電圧を変調して交流電圧を生成するインバータ部に直列挿入されたフィルタインダクタを流れるインダクタ電流と、上記インバータ部の回路定数を用いて算出した上記インダクタ電流の推定値と、の偏差に基づいて故障が発生した旨の信号を生成し、
上記インバータ部と上記負荷機器との間の切離しスイッチを上記信号に応じて開放する、
ことを特徴とする無停電電源装置の遮断方法。
【請求項７】
請求項６に記載の無停電電源装置の遮断方法において、
前記故障が発生した旨の信号は、前記インダクタ電流と、前記インダクタ電流の推定値との差が所定の値を超えたときに生成されることを特徴とする無停電電源装置の遮断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置および無停電電源装置の遮断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電源の変動が負荷機器に及ぼす影響を最小にするため、電源系統に無停電電源装置（Uninterruptible Power Supply、以下「ＵＰＳ」と略記する。）と呼ばれるバックアップ電源装置を配置することが行なわれている。なかでも、高い安定性が要求される電源系統は、負荷機器の容量に対して電源容量に余裕をもたせるために、図８に示すように複数台のＵＰＳ（１号機、２号機、３号機、・・・）を並列冗長運転することが行われる。
【０００３】
ところが、複数台のＵＰＳが並列冗長運転される電源系統において、あるＵＰＳが故障すると、その影響が共通の母線（バス）を介して健全な他のＵＰＳに及び、複数台のＵＰＳが連鎖的に停止してしまうことがある。このため、ＵＰＳに故障が生じると、その影響が電源系統の全体に及び、電源容量に余裕があるにもかかわらず負荷機器が停止するという事態に至る可能性がある。そこで、このような事態を防止するために、故障したＵＰＳを電源系統から選択的に切り離して健全な他のＵＰＳの並列運転を継続させる、「選択遮断」と呼ばれる技術が提案されている。
【０００４】
選択遮断を確実に行なうためには、電源系統に並列接続されている各ＵＰＳが、自機の故障を自ら検出して電源系統から離脱できるようにされていることが望ましい。すなわち、各ＵＰＳは、他のＵＰＳと共通の電圧情報や電流情報を用いることなく、自機の内部情報のみによって故障を判定し、故障時には自ら電源系統を離脱することが求められる。このような要求に基づく従来技術として、以下のようなものが知られている。
【０００５】
（従来技術１）
特許文献１記載の従来技術１では、各ＵＰＳが、自機の出力電圧ｖ０（ｔ）と自機のメイン回路に直列挿入されているインダクタを流れるインダクタ電流ｉｓ（ｔ）とを検出し、出力電圧ｖ０（ｔ）の１周期遅延電圧ｖ０（ｔ−Ｔ０）とインダクタ電流ｉｓ（ｔ）の１周期遅延インダクタ電流ｉｓ（ｔ−Ｔ０）とを生成する。そして、各ＵＰＳは、検出された出力電圧ｖ０（ｔ）およびインダクタ電流ｉｓ（ｔ）と、生成された１周期遅延電圧ｖ０（ｔ−Ｔ０）および１周期遅延インダクタ電流ｉｓ（ｔ−Ｔ０）と、の差（周回差分）の積、すなわち、
Δｖ０（ｔ）：＝ｖ０（ｔ）−ｖ０（ｔ−Ｔ０）                （１）
と
Δｉｓ（ｔ）：＝ｉｓ（ｔ）−ｉｓ（ｔ−Ｔ０）                （２）
との積に対して、例えば
if  Δｖ０（ｔ）×Δｉｓ（ｔ）＞ 閾値 then Fault =１ else Fault＝０  （３）
という判別法を適用して、自機の故障を判定する。すなわち、左項の値が閾値を超えれば故障判定信号の値を「１」とし、閾値を超えなければ故障判定信号の値を「０」とする。
【０００６】
各ＵＰＳは、故障判定信号（Fault信号）の 値が「０」であれば、自機が健全であると判定し、メイン回路に直列に挿入されている切離しスイッチを閉じた状態にして電源系統との接続を維持する。一方、故障判定信号の値が「１」であれば、自機が故障であると判定し、メイン回路の切離しスイッチを開放して電源系統から離脱する。これにより、並列運転されているＵＰＳの選択遮断が実現される。
【０００７】
（従来技術２）
特許文献２記載の従来技術２では、上述のインダクタ電流ｉｓ（ｔ）に代えて、自機のインバータ回路を構成する半導体ブリッジの出力電圧（ブリッジ電圧）ｖｉ（ｔ）を用い、上記と同様の判定法を適用することによって、並列運転されるＵＰＳの選択遮断を実現している。すなわち、ＵＰＳの出力電圧Δｖ０（ｔ）の周回差分と、ブリッジ電圧Δｖｉ（ｔ）の周回差分と、の積、すなわち、
Δｖ０（ｔ）：＝ｖ０（ｔ）−ｖ０（ｔ−Ｔ０）                （４）
と
Δｖｉ（ｔ）：＝ｖｉ（ｔ）−ｖｉ（ｔ−Ｔ０）                （５）
との積に対して
if  Δｖ０（ｔ）×Δｖｉ（ｔ）＞ 閾値 then Fault =１ else Fault＝０  （６）
という判別法を適用して、自機の故障を判定する方法である。すなわち、左項の値が閾値を超えれば故障判定信号の値として「１」を出力し、超えなければ故障判定信号の値を「０」として出力する。なお、ブリッジ電圧Δｖｉ（ｔ）を用いる際には、ローパスフィルタを通過させることによって、変調波（キャリア）を減衰させる必要がある。
【０００８】
各ＵＰＳは、故障判定信号（Fault信号）の 値が「０」であれば、自機が健全であると判定し、メイン回路に直列に挿入されている切離しスイッチを閉じた状態にして電源系統との接続を維持する。一方、故障判定信号の値が「１」であれば、自機が故障であると判定し、メイン回路の切離しスイッチを開放して電源系統から離脱する。これにより、並列運転されているＵＰＳの選択遮断が実現される。
【０００９】
【特許文献１】特表２０００−５１３４７２号公報
【特許文献２】特開２００６−１０９６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、故障を生じたＵＰＳは、健全な他のＵＰＳや負荷機器への影響を最小限にするため、電源系統から速やかに切り離されなければならない。このため、各ＵＰＳが行なう自機の故障判定は、できるだけ短時間に行なわれることが望ましい。ところが、上記の従来技術１、２は、いずれも、ＵＰＳが自機内の情報を用いて独立に故障判定を行なうことを可能にするものの、故障判定のために自機の出力電圧等の１周期遅延信号を必要とする。つまり、これらの従来技術は、ある時刻における自機内の信号とその１周期後の信号とを比較することによって正常な運転状態が継続しているか否かを判定するものであり、ＵＰＳが故障判定を行なうために、少なくとも交流出力の基本周波数における１周期分の時間（１／５０［ｓｅｃ］または１／６０［ｓｅｃ］）を必要とする。したがって、１周期遅延信号を用いる従来技術には、ＵＰＳの選択遮断に要する時間を１周期分の時間よりも短縮することができない、という問題がある。
【００１１】
本発明は、このような事情をふまえてなされたものであり、独立して自機の故障判定を行なうことができ、しかも交流出力の基本周波数における１周期よりも短い時間内に選択遮断を行なうことができる無停電電源装置および無停電電源装置の遮断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するため、本発明に係る無停電電源装置は、直流電圧を交流電圧に変換して負荷機器に供給する無停電電源装置において、自機内の電圧と電流の瞬時値を用いて故障判定を行う制御部を有するものとしている。
【００１３】
また、直流電圧を電圧指令値に基づいて変調することによって正弦波状の交流電圧を生成する半導体ブリッジ回路と、半導体ブリッジ回路と負荷機器との間に直列挿入されたフィルタ回路とを有するインバータ部と、制御部の故障判定に応じてインバータ部と負荷機器とを接続または遮断する切離しスイッチと、を備えるのが好ましい。
【００１４】
さらに、制御部は、フィルタ回路中のインダクタを流れるインダクタ電流とインバータ部の回路定数を用いて生成したインダクタ電流の推定値となる模擬値との偏差に基づいて故障判定信号を生成するのが好ましい。
【００１５】
また、制御部は、直流電圧の瞬時値と電圧指令値の瞬時値との積と、インバータ部の出力電圧と、の偏差に基づいてインダクタ電流の模擬値を生成するようにするのが好ましい。
【００１６】
さらに、制御部は、インバータ部の内部抵抗値を推定する内部抵抗推定部を備え、予め推定された内部抵抗値を用いてインダクタ電流の模擬値を生成するようにするのが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る無停電電源装置の遮断方法は、直流電圧を交流電圧に変換して負荷機器に供給する無停電電源装置の遮断方法において、直流電圧を変調して交流電圧を生成するインバータ部に直列挿入されたフィルタインダクタを流れるインダクタ電流と、インバータ部の回路定数を用いて算出したインダクタ電流の推定値と、の偏差に基づいて故障が発生した旨の信号を生成し、インバータ部と負荷機器との間の切離しスイッチを上記信号に応じて開放する、ものとしている。
【００１８】
さらに、故障が発生した旨の信号は、インダクタ電流と、インダクタ電流の推定値との差が所定の値を超えたときに生成されるようにするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の無停電電源装置（ＵＰＳ）およびその遮断方法によれば、自機内の電圧や電流のみを用いて故障判定を行なうことにより、独立して故障判定を行うことができる。しかも、自機内の電圧等の瞬時値を用いて故障判定を行うことができるため、交流出力の基本周波数の１周期分よりも十分に短い時間内に選択遮断を行なうことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る無停電電源装置（ＵＰＳ）の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では１台のＵＰＳの１相分の構成について説明するが、本実施の形態に係るＵＰＳは、並列運転可能な台数に制限はなく、単相の電源系統および三相（多相）の電源系統のいずれにも適用可能なものである。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係る無停電電源装置（ＵＰＳ）１の主要部の構成を示すブロック図である。ＵＰＳ１は、直流電源部２、インバータ部３、制御部４、および、切離しスイッチ５を含んでいる。このＵＰＳ１は、電源系統の母線６を介して、いずれも図示されていない他のＵＰＳおよび負荷機器と接続される。
【００２２】
直流電源部２は、母線６を介して接続されている商用電源に停電または電圧降下などの変動が生じた際に、負荷機器に電力を供給する手段である。この直流電源部２は、例えば、ＵＰＳ１がバックアップ電源として機能していない時にトリクル充電されている二次電池を用いて実現される。この直流電源部２は、インバータ部３によって正弦波状の交流電圧を得るために、基準電位に対して対称に接続された２つの直流電源１１を含んで構成されている。
【００２３】
ＵＰＳ１のインバータ部３は、半導体ブリッジ回路１２およびフィルタ回路１３を含んでいる。半導体ブリッジ回路１２は、直流電源部２の直流リンク電圧Ｅｄｃを所定の時比率でオン／オフすることによって、正弦波状の交流電圧を生成する手段である。具体的には、変調波発生部１４で生成されて半導体ブリッジ回路１２のゲート１５に入力される変調波の時比率（デューティー比）を瞬時電圧指令値ｕ（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波）に応じて変化させるパルス幅変調（Pulse Width Modulation:ＰＷＭ）によって、直流リンク電圧Ｅｄｃを、瞬時電圧指令値ｕに同期する交流電圧に変換する。なお、半導体ブリッジ回路１２は、例えばＧＴＯ（Gate Turn- Off thyristor）、ＩＧＢＰ（Insulated Gate Bipolar transistor）、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor）などを用いたハーフブリッジ回路として構成される。また、変調波発生部１４から出力される変調波（キャリア）は、その周期がインバータ部３の回路の時定数よりも十分に小さいことが必要であり、例えば２０ｋＨｚの方形波とされる。
【００２４】
フィルタ回路１３は、半導体ブリッジ回路１２から出力される正弦波状の交流電圧に含まれる周波数成分のうち、負荷機器に供給される周波数成分（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波）のみを通過させ、半導体ブリッジ回路１２におけるＰＷＭによって発生した高調波成分を阻止するフィルタである。フィルタ回路１３は、半導体ブリッジ回路１２と負荷機器との間のメイン回路に配置され、メイン回路に直列挿入されたフィルタインダクタ２１とメイン回路に並列挿入されたフィルタキャパシタ２２とによって構成される。なお、メイン回路の内部抵抗２３については後述する。
【００２５】
ＵＰＳ１の制御部４は、自機の運転状態を検出する測定入力部２６と、インダクタ電流ｉｓの模擬値（模擬電流）を生成するオブザーバ部２７と、自機の故障を判定して故障判定信号を生成する故障判定部２８と、メイン回路の内部抵抗２３の値ｒsを推測する内部抵抗推定部となるパラメータ調整部２９と、を含んでいる。
【００２６】
測定入力部２６は、ＵＰＳ１の内部の電圧や電流の瞬時値を検出する手段であり、瞬時値である直流リンク電圧Ｅｄｃ（ｔ）を検出する直流リンク電圧検出部３１と、瞬時値であるインバータ電圧（出力電圧）ｖ０（ｔ）を検出するインバータ電圧検出部３２と、瞬時値であるフィルタインダクタ２１を流れるインダクタ電流ｉｓ（ｔ）を検出するためのインダクタ電流検出部３３と、を含んでいる。なお、インダクタ電流検出部３３の役割については後述する。直流リンク電圧検出部３１によって検出された直流リンク電圧Ｅｄｃ（ｔ）は、増幅器３５で１／２倍された後に、乗算器３６で瞬時電圧指令値ｕ（ｔ）と乗算される。そして、乗算器３６によって得られた積「｛Ｅdc（ｔ）／２｝×ｕ（ｔ）」は、減算器３７に入力される。減算器３７は、乗算器３６によって得られた積「｛Ｅdc（ｔ）／２｝×ｕ（ｔ）」からインバータ電圧検出部３２によって得られたインバータ電圧ｖ０（ｔ）を減算し、その差を瞬時電圧偏差信号ｗ（ｔ）として出力する。したがって、瞬時電圧偏差信号ｗ（ｔ）は、時間領域において
ｗ（ｔ）＝｛Ｅｄｃ（ｔ）／２｝×ｕ（ｔ）−ｖ０（ｔ）              （７）
と表される。
【００２７】
オブザーバ部２７は、減算器３７によって得られた瞬時電圧偏差信号ｗ（ｔ）とパラメータ調整部２９から得られる内部抵抗２３の推定値ｒｓ’とを用いて、メイン回路のフィルタインダクタ２１を流れるインダクタ電流ｉｓの瞬時値ｉｓ（ｔ）の模擬値（模擬電流）ｉｓ’ （ｔ）を生成する。具体的には、まず、乗算器４１が、既に得られているインダクタ電流ｉｓの瞬時値ｉｓ（ｔ）の模擬値ｉｓ’ （ｔ）とパラメータ調整部２９から出力された内部抵抗２３の推定値ｒｓ’との積（ｉｓ’ （ｔ）・ｒｓ’）を生成する。この積は、減算器４２に入力され、瞬時電圧偏差信号ｗ（ｔ）から減算される。そして、得られた差｛ｗ（ｔ）−（ｉｓ’ （ｔ）・ｒｓ’）｝は、乗算器４１で１／ＬＦ倍（ＬＦ：フィルタインダクタ２１のインダクタンス値）された後に、積分器４４によって積分されてインダクタ電流ｉｓの瞬時値ｉｓ（ｔ）の模擬値ｉｓ’ （ｔ）として出力される。積分器４４から出力されたインダクタ電流ｉｓの瞬時値ｉｓ（ｔ）の模擬値ｉｓ’ （ｔ）は、減算器４２に送られるとともに、乗算器４１にも再び入力される。
【００２８】
オブザーバ部２７によって生成される模擬電流ｉｓ’ （ｔ）は、ラプラス変換された瞬時電圧偏差信号ｗ（ｔ）をｗ（ｓ）と表すとき、以下の（８）式を用いて生成される。
ｉｓ’（ｔ）＝Ｌ-１[{１／（ｒｓ＋ｓＬＦ）}×ｗ（ｓ）]              （８）
ここで、「ｓ」はラプラス演算子である。Ｌ-１[]は、逆ラプラス変換を意味する。フィルタインダクタ２１のインダクタンス値ＬＦは、公称値とほぼ一致するため、このインダクタンス値ＬＦとして、メイン回路のフィルタインダクタ２１の公称値を用いることができる。一方、内部抵抗２３の値ｒｓとして、パラメータ調整部２９によって推定された値ｒｓ’が用いられる。パラメータ調整部２９においてメイン回路の内部抵抗２３の値ｒｓの推定値ｒｓ’を生成する方法については、後に詳述する。
【００２９】
故障判定部２８は、測定入力部２６のインダクタ電流検出部３３によって検出されるインダクタ電流ｉｓの瞬時値ｉｓ（ｔ）がオブザーバ部２７によって生成されたインダクタ電流ｉｓの模擬値ｉｓ’（ｔ）と大きく相違したときに、故障判定信号(Fault信号)の値を変更する。具体的には、減算器４５が、インダクタ電流検出部３３によって得られるインダクタ電流ｉｓの瞬時値ｉｓ（ｔ）から、オブザーバ部２７から出力されたインダクタ電流ｉｓの模擬値ｉｓ’を減算し、その偏差Δｉｓを故障判定部２８に入力する。すなわち、時間領域において、
Δｉｓ（ｔ）＝ｉｓ（ｔ）−ｉｓ’（ｔ）                            （９）
という演算を行う。そして、故障判定部２８は、例えば以下のような判定法によって、ＵＰＳ１が故障しているか否かを判定する。
【００３０】
すなわち、下記の（１０）式において左項の値が閾値を超えているときは故障判定信号の値として「１」を出力し、超えていないときは「０」を出力する。
if  |Δｉｓ| ＞ 閾値 then Fault =１ else Fault＝０              （１０）
ここで、閾値は、例えば、定格値の１／２程度の値とされる。すなわち、故障判定部２８は、インダクタ電流ｉｓの瞬時値ｉｓ（ｔ）とインダクタ電流ｉｓの模擬値（模擬電流）ｉｓ’（ｔ）とを常時比較し、その差が閾値以下であれば、出力する故障判定信号（Fault信号）の値を「０」に保つ。一方、何らかの原因によりインダクタ電流ｉｓの瞬時値ｉｓ（ｔ）と模擬電流ｉｓ’（ｔ）とが大きく相違し、その偏差が閾値を超えていれば、出力する故障判定信号の値を「１」に変更する。この故障判定信号の値「１」は、故障が発生した旨を示す信号となる。なお、「|Δｉｓ|」が閾値以上（|Δｉｓ|≧閾値）のときに、故障判定信号「１」を出力し、閾値未満（|Δｉｓ|＜閾値）のときに、故障判定信号「０」を出力するようにしてもよい。
【００３１】
切離しスイッチ５は、２つの同一構造のスイッチ５１、５１から構成されている。各スイッチ５１、５１は、メイン回路に接続される接続部５２、５２と、母線６、６に、接続される母線接続部５３、５３と、各スイッチ５１、５１のオンオフの信号を入力するゲート５４、５４とを有する。
【００３２】
制御部４は、上述したように、インダクタ電流ｉｓの瞬時値ｉｓ（ｔ）と模擬電流ｉｓ’（ｔ）とを比較し、両者の偏差Δｉｓ（ｔ）が所定の閾値を超えた場合に、ＵＰＳ１が故障であると判定する。制御部４の故障判定部２８から出力される故障判定信号は、反転増幅器（バッファ）５６を介してメイン回路に直列挿入されている切離しスイッチ５の各スイッチ５１、５１のゲート５４、５４に入力される、切離しスイッチ５はこの故障判定信号によって開閉制御される。すなわち、切離しスイッチ５は、入力される故障判定信号の値が「０」であるときは閉状態に保たれ、ＵＰＳ１と電源系統の母線６、６との接続状態を維持する。一方、故障判定信号の値が「１」に変更されると、切離しスイッチ５の各スイッチ５１、５１は、開状態にされてメイン回路を遮断し、ＵＰＳ１を電源系統の母線６、６から切り離す。
【００３３】
次に、ＵＰＳ１のメイン回路の内部抵抗２３の値ｒｓを推定する方法について説明する。
【００３４】
前述したように、ＵＰＳ１は、メイン回路の内部抵抗２３の値ｒｓを計算によって推定する手段であるパラメータ調整部２９を制御部４に備えている。これは、ＵＰＳ１の動作状態におけるメイン回路の内部抵抗２３の値ｒｓを測定することが困難だからである。このため、ＵＰＳ１のパラメータ調整部２９において、以下のような計算によってメイン回路の内部抵抗２３の値ｒｓを推定する。すなわち、図２の下段に示すようにメイン回路の内部抵抗２３に相当するｒｓ値を順次変化（掃引）させながら、図２の上段に示すようにインダクタ電流ｉｓの偏差Δｉｓの実効値を計算し、内部抵抗２３の値とこれに対応する偏差Δｉｓの値とのデータのセットをメモリ（図示せず）にそのつど蓄積する。そして、メモリに蓄積されたデータセットのなかから、インダクタ電流ｉｓの偏差Δｉｓの実効値を最小にするｒｓの値を探索し、その値を保持する。
【００３５】
図２に示す計算例において、インダクタ電流ｉｓの偏差Δｉｓの実効値を最小にする内部抵抗２３の値は、０．１５５［Ω］である。この計算に供されたメイン回路の実際の内部抵抗値は０．１５０［Ω］に設定されていることから、上述の方法による内部抵抗２３の推定は十分な精度を有していることが分かる。したがって、パラメータ調整部２９において算出された、インダクタ電流ｉｓの偏差Δｉｓの実効値を最小にする内部抵抗２３の値は、メイン回路の内部抵抗２３の推定値ｒｓ’として、オブザーバ部２７に入力されて故障判定に用いられる。なお、パラメータ調整部２９が上述の計算を常時行なう必要はなく、パラメータ調整部２９を一定期間だけ動作させて算出した内部抵抗２３の推定値ｒｓ’を保持しておき、オブザーバ部２７がこの保持された推定値ｒｓ’を利用するようにしてもよい。また、上述の計算を行なう際に、内部抵抗の値ｒｓを変化（掃引）させる範囲は、メイン回路の基準インピーダンスに対するパーセントインピーダンス表示において０％〜１０％に相当する範囲でよいが、０％〜１５％や２％〜１０％など他の範囲としてもよい。
【００３６】
次に、以上説明した本発明の実施の形態に係るＵＰＳ１の動作について、シミュレーション結果を参照しながら説明する。以下のシミュレーション例は、並列冗長運転される４台のＵＰＳ１に短絡故障を順次発生した場合を想定したものである。各ＵＰＳ１における短絡故障は、図３に示すようにインバータと並列に配置された短絡スイッチ６１を閉じることによって、例えば、インバータ部３の半導体ブリッジ回路１２の片側（ここでは、上側すなわち正電圧側）を模擬的に短絡させるものである。
【００３７】
シミュレーションに用いた主要な回路パラメータは、以下の通りである。すなわち、負荷機器は抵抗負荷であり、ＵＰＳ１台あたりの負荷容量は２．５［ｋＷ］である。インバータ部３は単相ハーフブリッジによって構成され、ＰＷＭの変調波（キャリア）の周波数は２０［ｋＨｚ］、交流出力の基本周波数は５０［Ｈｚ］である。直流電源の電圧（直流リンク電圧）Ｅｄｃは、１号機４０８［Ｖ］，2号機４４９［Ｖ］，３号機４７１［Ｖ］，4号機４６０［Ｖ］である。また、ＵＰＳ１のメイン回路に挿入されたフィルタ回路１３の回路定数は、フィルタインダクタ２１のインダクタンス値LF＝６４０［μH］，内部抵抗２３の値ｒｓ＝０．１５［Ω］，フィルタキャパシタ２２のキャパシタ値CF＝２０［μF］であり、１号機から４号機までの全てに共通に用いられている。なお、内部抵抗２３の値として、前述したパラメータ調整部２９によって算出される推定値ｒｓ’を用いることができる。
【００３８】
図４は、上述の回路パラメータを用いて行なわれたシミュレーションの結果を示している。図４の最上段は、４台のＵＰＳ１が並列接続されている電源系統の母線６、６の母線電圧ｖ０を示している。また、図４の２段目〜４段目は、それぞれ、ＵＰＳ１の１号機、２号機、３号機、および４号機の出力電流ｉ１、ｉ２、ｉｓ３、およびｉ４を示している。このシミュレーションは、並列冗長運転されている４台のＵＰＳ１のうち、基準時刻（０［ｓｅｃ］）から、０．０２５［ｓｅｃ］後に1号機が短絡故障し、０．０９［ｓｅｃ］後に２号機が短絡故障し、さらに、０．１７５［ｓｅｃ］後に３号機に短絡故障した場合を想定している。
【００３９】
図４から明らかなように、並列冗長運転されている４台のＵＰＳ１の各出力電流ｉ１、ｉ２、i３、およびｉ４は、他号機に故障が生じても変化せず、しかも自号機に故障が生じた場合には直ちに０（ゼロ）になっている。ここでは、各ＵＰＳ１が故障の発生順（すなわち１号機→２号機→３号機の順）に遮断されて並列運転状態から離脱しているものの、この間も健全機が運転を続けているために母線電圧ｖ０がほとんど変化していないことが示されている。この結果から、並列運転されている各ＵＰＳ１が、選択遮断動作を確実に行っていることが分かる。
【００４０】
図５は、図４に示した母線電圧ｖ０および１号機、２号機の出力電流ｉ１、ｉ２のシミュレーション結果の一部を拡大表示したものである。時刻０．０２５［ｓｅｃ］において１号機に短絡故障が発生すると、１号機の出力電流ｉ１は、図５の下段に示すように、一時的に増加するが、その後に選択遮断が行われて０になる。１号機が選択遮断されて並列運転状態から離脱する際に、母線電圧ｖ０が図５の上段に示すように瞬間的に低下するものの、健全機である２号機の運転状態にほとんど影響が及んでいない。このシミュレーション例では、短絡故障が発生してから選択遮断が行われるまでに要する時間は、約７００［μｓｅｃ］、すなわち約０．０３５周期、である。なお、ここでは、交流出力の基本周波数を５０［Ｈｚ］としているので、1周期は１／５０［ｓｅｃ］である。この結果から、本発明の実施の形態に係るＵＰＳ１が、交流出力の基本周波数の１周期よりも十分に短い時間に、選択遮断を完了できることが分かる。
【００４１】
図６は、ＵＰＳ１に短絡故障が発生したときに故障判定部２８から出力される、故障判定信号（Fault信号）を示している。図６の１段目に示す１号機の故障判定信号の値は、１号機に故障が発生した時刻０．０２５［ｓｅｃ］に「０」から「１」に変化している。また、図６の２段目に示す２号機の故障判定信号の値は２号機に故障が発生した時刻０．０９［ｓｅｃ］に「０」から「１」に変化し、図６の３段目に示す３号機の故障判定信号の値は３号機に故障が発生した時刻０．１７５［ｓｅｃ］に「０」から「１」に変化している。なお、故障が発生しなかった４号機の故障判定信号の値は、図６の４段目に示すように「０」のままである。この結果から、並列冗長運転されている各ＵＰＳ１において、故障判定が確実に行われていることが分かる。
【００４２】
図７は、各ＵＰＳ１における、インダクタ電流ｉｓの瞬時値ｉｓ（ｔ）とインダクタ電流ｉｓの模擬値（模擬電流）ｉｓ’ （ｔ）との偏差Δｉｓ（ｔ）についてのシミュレーション結果を示している。１号機から３号機までの各ＵＰＳ１において、短絡故障が発生した瞬間にインダクタ電流ｉｓの偏差Δｉｓの値が突出して大きくなることが分かる。この結果から、インダクタ電流ｉｓの偏差Δｉｓを用いることによって故障判定を確実に行うことができることが分かる。なお、図７において、インダクタ電流ｉｓの偏差Δｉｓの値が正電圧側に突出しているのは、図３に示す半導体ブリッジ回路１２の上段の短絡スイッチ６１を閉じて短絡故障を模擬しているからである。もし、図３における下側に短絡スイッチ６１を設け、その短絡スイッチ６１を閉じて短絡故障を模擬すれば、偏差Δｉｓの値が負電圧側に突出することになるが、ＵＰＳ１はいずれの場合であっても上述の方法によって故障判定を行うことができることはもちろんである。
【００４３】
なお、本発明の実施の形態に係るＵＰＳ１の主要部をなす回路は、自機内の信号の瞬時値を利用することによって故障判定および選択遮断を高速に行い得るという効果を最大限に奏するために、ハードウェア（ファームウェア）によって構成されることが望ましい。しかし、ソフトウェアによって達成してもよい。なお、式（７）〜式（１０）によって表される演算を実現できるものであれば、具体的な回路はどのようなものでもよく、演算に要する時間や演算精度、構成の容易さなどを適宜考慮して決定すればよい。    
【００４４】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る無停電電源装置１（ＵＰＳ１）によれば、いずれも自機内の情報である、直流リンク電圧Ｅｄｃ、インバータ電圧ｖ０、および、インダクタ電流ｉｓを用いて故障判定を行うことができる。このため、他のＵＰＳと並列運転される場合であっても、他機と共通する情報を用いる必要がなく、他機の影響を受けずに自機の故障判定を行うことが可能になる。さらに、本発明の実施の形態に係るＵＰＳ１によれば、自機内の電圧や電流の瞬時値を用いて故障判定を行うことができるため、１周期遅延信号を用いて故障判定を行う従来のＵＰＳと異なり、基本周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の１周期よりも十分に短い時間内に選択遮断を行うことが可能になる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態に係るＵＰＳ１について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない限り、種々変更実施できる。たとえば、以上の説明においては、本発明の実施の形態に係るＵＰＳ１が他のＵＰＳと並列運転される場合を想定しているが、本発明の実施の形態に係るＵＰＳ１は、単独で運転できることは当然である。また、本発明の実施の形態に係るＵＰＳ１は、電源容量が異なる他のＵＰＳと混在させて並列運転しても差し支えないものであり、その場合においても、自機の故障判定を独立に行うことができるため安定な並列運転を行うことができる。
【００４６】
上述のＵＰＳ１は、自機内の電圧と電流の瞬時値を用いて故障判定を行う制御部４を有するものとしている。しかし、故障判定を行う制御部４をＵＰＳ１内ではなく、ＵＰＳ１の外部に配置してもよい。また、故障判定は、インバータ部３の回路定数を用いて生成したインダクタ電流ｉｓの推定値となる模擬値ｉｓ’ （ｔ）を活用して故障判定信号を生成することでおこなっているが、自機の内部インピーダンス（内部抵抗２３の抵抗値ｒｓを、自機内の電圧と電流の瞬時値を用いて同定し、その値の異常変動を捉えて故障判定を行うようにしてもよい。
【００４７】
また、ＵＰＳ１は、直流電圧を電圧指令値ｕに基づいて変調することによって正弦波状の交流電圧を生成する半導体ブリッジ回路１２と、半導体ブリッジ回路１２と負荷機器との間に直列挿入されたフィルタ回路１３とを有するインバータ部３と、制御部４の故障判定に応じてインバータ部３と負荷機器とを接続または遮断する切離しスイッチ５と、を備えている。この切離しスイッチ５は、メカ的に接続したり、切断したりするもの以外に、電気的に接続したり、切断したりする半導体スイッチなどとしてもよい。
【００４８】
さらに、上述のＵＰＳ１の制御部４は、フィルタ回路１３中のフィルタインダクタ２１を流れるインダクタ電流ｉｓの瞬時値ｉｓ （ｔ）と、インバータ部３の回路定数を用いて生成したインダクタ電流ｉｓの推定値となる模擬値ｉｓ’ （ｔ）との偏差Δｉｓ（ｔ）にて故障判定信号を生成している。この故障判定信号は、「０」「１」の２段階としているが、３段階としたり、他の値を使用したりするようにしてもよい。
【００４９】
また、制御部４は、直流電圧の瞬時値と電圧指令値ｕの瞬時値である瞬時電圧指令値ｕ（ｔ）との積と、インバータ部３の出力電圧と、の偏差である瞬時電圧偏差信号ｗ（ｔ）に基づいてインダクタ電流ｉｓの模擬値ｉｓ’ （ｔ）を生成するようにしている。これらの瞬時値は、交流出力の１周期以内のものであれば、厳密な意味での瞬時値としなくてもよい。
【００５０】
さらに、制御部４は、インバータ部３の内部抵抗の値ｒｓを推定する内部抵抗推定部となるパラメータ調整部２９を備え、予め推定された内部抵抗２３の推定値ｒｓ’を用いてインダクタ電流ｉｓの模擬値ｉｓ’を生成している。この内部抵抗推定部は、ＵＰＳ１の内部ではなく、外部に配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係るＵＰＳの主要部の回路構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＵＰＳのパラメータ調整部の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＵＰＳにおいて短絡故障を模擬するための短絡スイッチを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＵＰＳを並列冗長運転した場合における選択遮断動作のシミュレーション結果である。
【図５】図４に示すシミュレーション結果の一部を拡大した図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るＵＰＳにおける故障判定信号についてのシミュレーション結果である。
【図７】本発明の実施の形態に係るＵＰＳにおけるインダクタ電流の偏差（差）についてのシミュレーション結果である。
【図８】従来および本発明の実施の形態に係るＵＰＳの並列冗長運転される状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  無停電電源装置（ＵＰＳ）
２  直流電源部
３  インバータ部
４  制御部
５  切離しスイッチ
６  母線
１１  直流電源
１２  半導体ブリッジ回路
１３  フィルタ回路
２１  フィルタインダクタ（インダクタ）
２２  フィルタキャパシタ（キャパシタ）
２３  内部抵抗
２４  変調波発生部
２５  ゲート
２６  測定入力部
２７  オブサーバ部
２８  故障判定部
２９  パラメータ調整部（内部抵抗推定部）
Ｅｄｃ  直流リンク電圧
ｒｓ    インバータ部の内部抵抗の値
ｉｓ    インダクタ電流（出力電流）
ｉｓ’  インダクタ電流の模擬値（模擬電流）
Δｉｓ  インダクタ電流の偏差
ｕ      瞬時電圧指令値
ｖ０    インバータ電圧（出力電圧）、母線（バス）電圧
ｗ      瞬時電圧偏差信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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