(57)【要約】【課題】無停電電源装置相互間でコンバータの停止信号を授受することなく、１台のコンバータ停止時に蓄電池が過放電することを防止することができる無停電電源システムを得る。【解決手段】異常検出手段１０６ａには、コンバータ５ａの直流出力電圧ＶＢ及び充電電流検出器１１ａにより検出された充電電流ＩＢが取り込まれている。無停電電源装置４ｂ内のコンバータ５ｂが停止した場合を仮定すると、異常検出手段１０６ａは、直流出力電圧ＶＢが蓄電池２の公称電圧Ｖｒａまで低下したことによりコンバータ５ｂが停止した状態であることを判断する。そして判断結果に基づいてコンバータ５ａの直流電圧基準値と充電電流基準を変更することにより、蓄電池の過放電を防止して停止したコンバータ５ｂの回復を待つことができる。【選択図】        図１
2004357467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータの出力電力を交流電力に変換して負荷に電力を供給するインバータと、
前記コンバータの出力側と前記インバータの入力側との間に接続され、前記コンバータにより充電される蓄電池と、
前記コンバータから前記蓄電池に供給される充電電流を検出する充電電流検出器と、
前記蓄電池に供給される充電電流の基準値を生成する充電電流基準発生部と、
前記充電電流基準発生部の充電電流の基準値と、前記充電電流検出器の検出電流とを比較して充電電流を基準値以下に制限する電流制御回路と、
前記コンバータが出力する直流電圧の基準値を生成する直流電圧基準発生部と、
前記直流電圧基準発生部の直流電圧の基準値と、前記コンバータが出力する直流電圧とを比較して直流電圧を制御する電圧制御回路と、
前記電流制御回路からの制御出力信号と前記電圧制御回路からの制御出力信号とに従って、前記コンバータの電力変換動作を制御する制御手段と
を備えた無停電電源装置を複数有し、
前記複数の無停電電源装置は前記負荷と前記蓄電池とを共有する無停電電源システムにおいて、
前記コンバータが出力する直流電圧があらかじめ設定した直流電圧異常判断値以下となったときに、前記複数の無停電電源装置のいずれかのコンバータが停止したことを判断し、前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値及び前記直流電圧基準発生部における直流電圧の基準値を変更する異常検出手段を各無停電電源装置内にさらに備えたことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無停電電源システムにおいて、
前記異常検出手段は、前記コンバータが出力する直流電圧が前記直流電圧異常判断値以下となったときに、前記直流電圧基準発生部における直流電圧の基準値を初期電圧基準値から前記直流電圧異常判断値に変更するとともに前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値を初期電流基準値から無限大に変更して充電電流リミッタを解除して停止したコンバータの復旧を待ち、前記コンバータが出力する直流電圧が前記直流電圧異常判断値を超えたときに停止していたコンバータが復旧したと判断し、前記直流電圧基準発生部における直流電圧の基準値を初期電圧基準値に戻すとともに前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値を初期電流基準値に戻すことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項３】
請求項１に記載の無停電電源システムにおいて、
前記異常検出手段は、前記充電電流検出器で検出された充電電流を取得し、前記コンバータが出力する直流電圧が前記直流電圧異常判断値以下となったときに、前記直流電圧基準発生部における直流電圧の基準値を初期電圧基準値から前記直流電圧異常判断値に変更するとともに前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値を初期電流基準値から無限大に変更して充電電流リミッタを解除し、さらに前記直流電圧基準発生部における直流電圧の基準値を時間経過とともに前記直流電圧異常判断値から初期電圧基準値に戻していき停止したコンバータの復旧を待ち、前記充電電流検出器から取得した充電電流が前記初期電流基準値よりも小さくなったときに停止していたコンバータが復旧したと判断し、前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値を初期電流基準値に戻すことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項４】
請求項１に記載の無停電電源システムにおいて、
前記インバータの直流入力電流を検出する直流入力電流検出器を各無停電電源装置内にさらに備え、
前記異常検出手段は、前記充電電流検出器で検出された充電電流を取得し、前記コンバータが出力する直流電圧が前記直流電圧異常判断値以下となったときに、前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値を、前記直流入力電流検出器から取得した直流入力電流と初期電流基準値とを加算した値に変更して停止したコンバータの復旧を待ち、前記充電電流検出器から取得した充電電流が前記初期電流基準値よりも小さくなったときに停止していたコンバータが復旧したと判断し、前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値を初期電流基準値に戻すことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項５】
請求項１に記載の無停電電源システムにおいて、
前記コンバータの交流入力電流を検出する交流入力電流検出器を各無停電電源装置内にさらに備え、
前記異常検出手段は、前記充電電流検出器で検出された充電電流と前記交流入力電流検出器で検出された交流入力電流とを取得してインバータに対する直流入力電流の近似値を算出し、前記コンバータが出力する直流電圧が前記直流電圧異常判断値以下となったときに、前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値を、算出された直流入力電流の近似値と初期電流基準値とを加算した値に変更して停止したコンバータの復旧を待ち、前記充電電流検出器から取得した充電電流が前記初期電流基準値よりも小さくなったときに停止していたコンバータが復旧したと判断し、前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値を初期電流基準値に戻すことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項６】
請求項１に記載の無停電電源システムにおいて、
前記異常検出手段は、前記充電電流検出器で検出された充電電流を取得し、前記インバータの定格直流入力電流を前記インバータの並列運転台数で除した値を算出して前記インバータに対する直流入力電流の近似値とし、前記コンバータが出力する直流電圧が前記直流電圧異常判断値以下となったときに、前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値を、算出された直流入力電流の近似値と初期電流基準値とを加算した値に変更して停止したコンバータの復旧を待ち、前記充電電流検出器から取得した充電電流が前記初期電流基準値よりも小さくなったときに停止していたコンバータが復旧したと判断し、前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値を初期電流基準値に戻すことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項７】
請求項１に記載の無停電電源システムにおいて、
前記異常検出手段は、前記充電電流検出器で検出された充電電流を取得し、前記コンバータが出力する直流電圧が前記直流電圧異常判断値以下となったときに、前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値を時間経過とともに初期電流基準値からあらかじめ定められた電流値に向かって増加変更していき停止したコンバータの復旧を待ち、前記コンバータが出力する直流電圧が前記初期電圧基準値以上になり、かつ前記充電電流検出器から取得した充電電流が前記初期電流基準値以下になったときに停止していたコンバータが復旧したと判断し、前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値を初期電流基準値に戻すことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の無停電電源システムにおいて、
切換装置を介してインバータ出力が接続された予備系としての無停電電源装置をさらに備え、待機冗長システムを構成することを特徴とする無停電電源システム。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の無停電電源システムにおいて、
前記異常検出手段は、前記充電電流検出器から取得した充電電流の極性から前記充電電流の方向が前記蓄電池に対して放電方向か充電方向かを判断し、前記充電電流が充電方向であり、かつ前記コンバータが出力する直流電圧があらかじめ定められた過電圧判定値よりも高い場合のみ過電圧と判断し、該当する無停電電源装置を停止させることを特徴とする無停電電源システム。
【請求項１０】
交流電源からの電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータの出力電力を交流電力に変換して負荷に電力を供給するインバータと、
前記コンバータの出力側と前記インバータの入力側との間に接続され、前記コンバータにより充電される蓄電池と、
前記コンバータから前記蓄電池に供給される充電電流を検出する充電電流検出器と、
前記蓄電池に供給される充電電流の基準値を生成する充電電流基準発生部と、
前記充電電流基準発生部の充電電流の基準値と、前記充電電流検出器の検出電流とを比較して充電電流を基準値以下に制限する電流制御回路と、
前記コンバータが出力する直流電圧の基準値を生成する直流電圧基準発生部と、
前記直流電圧基準発生部の直流電圧の基準値と、前記コンバータが出力する直流電圧とを比較して直流電圧を制御する電圧制御回路と、
前記電流制御回路からの制御出力信号と前記電圧制御回路からの制御出力信号とに従って、前記コンバータの電力変換動作を制御する制御手段と
を備えた無停電電源装置を２台有し、
前記２台の無停電電源装置は前記負荷と前記蓄電池とを共有する無停電電源システムにおいて、
前記コンバータが出力する直流電圧があらかじめ設定した蓄電池の放電終止電圧に至ったときに、無停電電源装置を無停電電源システムから切り離す機能を有する異常検出手段を各無停電電源装置内にさらに備え、
コンバータが健全な無停電電源装置内の前記異常検出手段は、前記コンバータが出力する直流電圧があらかじめ設定した直流電圧異常判断値以下となったときに、いずれかのコンバータが停止したことを判断すると、前記充電電流検出器から取得した充電電流の極性が前記蓄電池に対して充電方向であることから自身が属する無停電電源装置内のコンバータが健全であることを判断し、健全なコンバータと前記蓄電池との間に設けられた直流入力スイッチを開放し、前記蓄電池の充電電圧が前記直流電圧異常判断値まで回復したときに、前記直流入力スイッチを投入して停止したコンバータの復旧を待つことを特徴とする無停電電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電池を共有する複数の無停電電源装置のコンバータの運転方式に関するもので、１台のコンバータ停止時に蓄電池が過放電することを防止する無停電電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無停電電源システムにおいては、各コンバータの停止信号を相互に授受し、複数のコンバータが健全なときはレベルの小さな充電電流の設定値が選択されているが、いずれかのコンバータが停止したときはレベルの高い充電電流の設定値が選択され、これにより健全なコンバータの出力電流が増大し、健全なコンバータから蓄電池と各インバータに電力が供給され、蓄電池の過放電が防止される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１７８４６３号公報（第１頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には次のような問題点がある。従来の無停電電源システムの構成においては、無停電電源装置相互間でコンバータの停止信号を授受しなければならず、信号のインターフェース回路や機器間の配線工事が必要であるので不経済であった。さらに、インターフェース回路の部品故障や配線の異常（短絡、断線）等による停止信号の誤作動がコンバータの異常動作につながるなど信頼性の点でも問題点があった。
【０００５】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、無停電電源装置相互間でコンバータの停止信号を授受することなく、１台のコンバータ停止時に蓄電池が過放電することを防止することができる無停電電源システムを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る無停電電源システムは、交流電源からの電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータの出力電力を交流電力に変換して負荷に電力を供給するインバータと、前記コンバータの出力側と前記インバータの入力側との間に接続され、前記コンバータにより充電される蓄電池と、前記コンバータから前記蓄電池に供給される充電電流を検出する充電電流検出器と、前記蓄電池に供給される充電電流の基準値を生成する充電電流基準発生部と、前記充電電流基準発生部の充電電流の基準値と、前記充電電流検出器の検出電流とを比較して充電電流を基準値以下に制限する電流制御回路と、前記コンバータが出力する直流電圧の基準値を生成する直流電圧基準発生部と、前記直流電圧基準発生部の直流電圧の基準値と、前記コンバータが出力する直流電圧とを比較して直流電圧を制御する電圧制御回路と、前記電流制御回路からの制御出力信号と前記電圧制御回路からの制御出力信号とに従って、前記コンバータの電力変換動作を制御する制御手段とを備えた無停電電源装置を複数有し、前記複数の無停電電源装置は前記負荷と前記蓄電池とを共有する無停電電源システムにおいて、前記コンバータが出力する直流電圧があらかじめ設定した直流電圧異常判断値以下となったときに、前記複数の無停電電源装置のいずれかのコンバータが停止したことを判断し、前記充電電流基準発生部における充電電流の基準値及び前記直流電圧基準発生部における直流電圧の基準値を変更する異常検出手段を各無停電電源装置内にさらに備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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図である。２台の無停電電源装置４ａ、４ｂを備えており、それぞれ交流電源１ａ、１ｂが供給されている。また、２台の無停電電源装置４ａ、４ｂには、共通の蓄電池２及び共通の負荷３が接続されている。さらに、２台の無停電電源装置４ａ、４ｂはそれぞれ入出力スイッチを有しており、交流入力スイッチ７ａ、７ｂの一次側が交流電源１ａ、１ｂに、直流入力スイッチ８ａ、８ｂの一次側が共通の蓄電池２に、交流出力スイッチ９ａ、９ｂの二次側が共通の負荷３に接続されている。
【０００８】
無停電電源装置４ａ、４ｂはコンバータ５ａ、５ｂ、およびインバータ６ａ、６ｂを備えている。コンバータ５ａ、５ｂの電力変換動作は制御手段１０１ａ、１０１ｂにより制御されている。実施の形態１では制御手段１０１ａ、１０１ｂとしてディジタル制御によるＰＷＭ制御を適用している。制御手段１０１ａ、１０１ｂは、交流入力電流検出器１０ａ、１０ｂより取得した交流入力電流信号と交流入力電圧信号１３ａ、１３ｂを取り込み、ＰＷＭ制御を行っている。
【０００９】
制御手段１０１ａ、１０１ｂは電圧制御回路１０２ａ、１０２ｂ及び直流電圧基準発生部１０３ａ、１０３ｂを備えた直流電圧制御ループをメインループとして備えている。さらに制御手段１０１ａ、１０１ｂは電流制御回路１０４ａ、１０４ｂ及び充電電流基準発生部１０５ａ、１０５ｂを備えた充電電流制御ループをマイナーループとして備えている。電圧制御回路１０２ａ、１０２ｂからの制御出力信号と、電流制御回路１０４ａ、１０４ｂからの制御出力信号は制御手段１０１ａ、１０１ｂに取り込まれる。制御手段１０１ａ、１０１ｂは、充電電流基準発生部１０５ａ、１０５ｂからの充電電流基準値で制限された充電電流で、かつ直流電圧基準発生部１０３ａ、１０３ｂからの直流電圧基準値による直流電圧を得るようにコンバータ５ａ、５ｂをＰＷＢ制御することとなる。
【００１０】
電圧制御回路１０２ａ、１０２ｂには、コンバータ５ａ、５ｂの直流出力電圧が直流電圧帰還信号１４ａ、１４ｂとしてフィードバックされている。また電流制御回路１０４ａ、１０４ｂには、蓄電池２の充電電流ＩＢが充電電流検出器１１ａ、１１ｂにより検出された帰還信号としてフィードバックされている。
【００１１】
異常検出手段１０６ａ、１０６ｂには、コンバータ５ａ、５ｂの直流出力電圧ＶＢ（すなわち直流電圧帰還信号１４ａ、１４ｂ）及び充電電流検出器１１ａ、１１ｂにより検出された充電電流ＩＢが取り込まれている。異常検出手段１０６ａ、１０６ｂはさらに直流電圧基準発生部１０３ａ、１０３ｂ及び充電電流基準発生部１０５ａ、１０５ｂにつながれている。異常検出手段１０６ａ、１０６ｂは取り込まれた直流出力電圧ＶＢ及び充電電流ＩＢからコンバータ５ａ、５ｂの状態を判断し、その判断結果に基づいて直流電圧基準発生部１０３ａ、１０３ｂの電圧基準値及び充電電流基準発生部１０５ａ、１０５ｂの電流基準値を変更し、蓄電池２の過放電を防止する動作を行う。
【００１２】
過放電を防止する動作の詳細を次に説明する。無停電電源装置４ａ、４ｂは同一機能を有している。そこで以下の全ての実施の形態において、無停電電源装置４ａに基づいた説明を行い、無停電電源装置４ｂに関する説明は省略する。また、以下の全ての実施の形態において、いずれかのコンバータが停止した場合の説明は、ＵＰＳ４ｂ内のコンバータ５ｂが停止した場合を仮定して行う。コンバータ５ａは交流電源１ａより受電し、メインループを構成している直流電圧制御ループにより、直流電圧基準発生部１０３ａの直流電圧基準指令に従って直流出力電圧ＶＢが蓄電池の種類によって定まる浮動電圧Ｖｆｌに制御されている。コンバータ５ａはインバータ６ａに直流入力電流ＩＩを供給するとともに、蓄電池２に対して充電電流ＩＢを供給する。
【００１３】
さらにマイナーループを構成している充電電流制御ループでは、充電電流基準発生部１０５ａの充電電流基準指令に従って充電電流ＩＢが所定の値ＩＢｘを超えないように制御されている。その結果、充電電流ＩＢが所定の値ＩＢｘを超えようとする場合は、蓄電池２を保護するために直流出力電圧ＶＢを垂下させて充電電流をＩＢｘに制限する制御、すなわち充電電流リミッタ制御が作動することとなる。
【００１４】
インバータ６ａは直流電力を交流電力に変換し、共通の負荷３へ給電する。インバータ６ａ、６ｂ同士は等しく負荷を分担するように制御されている。このように構成されたシステムにおいて、コンバータ５ｂが停止すると、コンバータ５ｂに対応するインバータ６ｂは負荷を均等に分担しているため、それに必要な電力に応じた直流電流を要求する。健全なコンバータ５ａから供給できる充電電流ＩＢは、充電電流リミット値ＩＢｘで制限されており、インバータ６ｂに対して供給する直流電流が充電電流リミット値ＩＢｘを超える場合には蓄電池からの放電が始まる。その結果、蓄電池電圧および直流出力電圧ＶＢは徐々に低下を始める。
【００１５】
次に無停電電源装置４ｂ内のコンバータ５ｂが異常となった場合に無停電電源装置４ａにより蓄電池２の過放電を防止するための動作について図２を用いて説明する。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の制御のフローチャートである。運転中（健全機）のコンバータ５ａの直流出力電圧ＶＢをモニタしている異常検出手段１０６ａは、直流出力電圧ＶＢが初期電圧基準値である浮動電圧Ｖｆｌから±ｘ（例えばｘ＝２％）逸脱した場合（Ｓ２０１）、所定の時限Ｔ１で警報ＡＬ１を発生する（Ｓ２０２）。コンバータ５ａの直流出力電圧ＶＢがさらに低下し、浮動電圧Ｖｆｌから±ｙ（例えばｙ＝５％）逸脱した場合（Ｓ２０３）、所定の時限Ｔ２で警報ＡＬ２を発生する（Ｓ２０４）。
【００１６】
コンバータ５ｂの停止に伴い蓄電池２が放電し、その結果コンバータ５ａの直流出力電圧ＶＢが蓄電池２の公称電圧Ｖｒａに至ると（Ｓ２０５）、異常検出手段１０６ａは充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準値及び直流電圧基準発生部１０３ａにおける直流電圧基準値を変更し、蓄電池２の過放電を防止しようと動作する。すなわち異常検出手段１０６ａは、直流電圧基準発生部１０３ａにおける直流電圧基準を初期電圧基準値ＶｆｌからＶｒａに変更するとともに（Ｓ２０６）、充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準を初期電流基準値ＩＢｘから無限大に変更する（Ｓ２０７）。ここでステップＳ２０５の判断で用いた蓄電池２の公称電圧Ｖｒａは、直流電圧異常判断値としてあらかじめ異常検出手段１０６ａが持っている値である。
【００１７】
充電電流基準を無限大とすることは、充電電流制御ループにおける充電電流リミッタを解除することに相当する。これにより停止中のコンバータ５ｂに対応するインバータ６ｂに対して健全機のコンバータ５ａから直流電流が供給され、コンバータ５ａの直流出力電圧も公称電圧Ｖｒａを維持することができる。充電電流リミッタを解除することにより蓄電池２の過放電を防止できるとともに、コンバータ５ｂの回復を待つこととなる。
【００１８】
その後、停止中のコンバータ５ｂが運転を再開すると、コンバータ５ｂから自己のインバータ６ｂへの直流電流ＩＩ及び蓄電池への充電電流ＩＢが供給される。これにより直流出力電圧ＶＢは公称電圧Ｖｒａを超えて回復する。異常検出手段１０６ａは、コンバータ５ａの直流出力電圧がＶｒａを超えて回復したことを判断すると（Ｓ２０５）、充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準値及び直流電圧基準発生部１０３ａにおける直流電圧基準値を初期値に戻す。すなわち充電電流基準は無限大から初期電流基準値ＩＢｘに（Ｓ２０８）、直流電圧基準はＶｒａから初期電圧基準値Ｖｆｌとなり（Ｓ２０９）、コンバータ５ｂが健全であったときの基準値に戻される。以後、徐々に蓄電池２の充電電圧ならびにコンバータ５ａの直流出力電圧ＶＢは浮動電圧Ｖｆｌへ回復していく。
【００１９】
上記の運転モードは、コンバータの故障ではない場合や故障を顕在化できない場合にも発生する。例えば１台のＵＰＳの交流電源のみが図示しない電源側の遮断器の開放等で停電した場合が考えられる。このような場合にも蓄電池２が放電終止に至り全ＵＰＳシステムが停止し、負荷への給電が停止するという事態を避けることが可能となる。
【００２０】
実施の形態１によれば、異常検出手段はコンバータの直流出力電圧ＶＢと充電電流ＩＢとをモニタすることにより、いずれかのコンバータから電力供給が停止したことを判断し、判断結果に基づいて健全なコンバータの直流電圧基準値と充電電流基準値を変更することにより、蓄電池の過放電を防止して停止したコンバータの回復を待つことができる。さらに、直流出力電圧ＶＢが回復したことにより停止したコンバータの回復を判断し、判断結果に基づいて健全なコンバータの直流電圧基準値と充電電流基準を初期値に戻すことにより、全てのコンバータが健全であった運転状態に復帰できる。
【００２１】
実施の形態２．
実施の形態１では、健全機のコンバータの直流電圧基準をＶｒａにすると共に充電電流リミッタを解除し公称電圧Ｖｒａを維持しながら、停止しているコンバータの回復を待つ場合について述べた。実施の形態２では、充電電流リミッタを解除した後、コンバータの直流電圧基準をＶｒａから徐々に初期電圧基準値である浮動電圧Ｖｆｌに上げていく方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態２に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。
【００２２】
図３においてステップＳ２０１〜Ｓ２０７は図２におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０７と同一処理であり、新たなステップＳ３０１〜Ｓ３０３を中心に以下に説明する。直流出力電圧ＶＢが蓄電池２の公称電圧Ｖｒａに至ると（Ｓ２０５）、異常検出手段１０６ａは充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準値及び直流電圧基準発生部１０３ａにおける直流電圧基準値を変更し、蓄電池２の過放電を防止しようと動作する。すなわち異常検出手段１０６ａは、直流電圧基準発生部１０３ａにおける直流電圧基準を初期電圧基準値ＶｆｌからＶｒａに変更するとともに（Ｓ２０６）、充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準を初期電流基準値ＩＢｘから無限大に変更する（Ｓ２０７）。
【００２３】
さらに、異常検出手段１０６ａは、直流電圧基準発生部１０３ａにおける直流電圧基準を時間経過とともにＶｒａから初期電圧基準値Ｖｆｌに徐々に戻していく（Ｓ３０１）。充電電流基準を無限大とすることは、充電電流制御ループにおける充電電流リミッタを解除することに相当する。これにより停止中のコンバータ５ｂに対応するインバータ６ｂに対して健全機のコンバータ５ａから直流電流が供給される。さらに、コンバータ５ａの直流出力電圧は公称電圧Ｖｒａから時間経過とともにＶｆｌとなる基準値に従って、最終的にはＶｆｌを維持することができる。この状態で蓄電池２の過放電を防止できるとともに、コンバータ５ｂの回復を待つこととなる。
【００２４】
その後、停止中のコンバータ５ｂが運転を再開すると、コンバータ５ｂから自己のインバータ６ｂへの直流電流ＩＩ及び蓄電池への充電電流ＩＢが供給される。これによりコンバータ５ａから蓄電池２及びインバータ６ｂに供給されていた直流電流ＩＢは減少する。異常検出手段１０６ａは、直流電流ＩＢが初期電流基準値ＩＢｘまで下がったことを判断すると（Ｓ３０２）、充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準値を初期値に戻す。すなわち充電電流基準は無限大から初期電流基準値ＩＢｘとなり（Ｓ３０３）、コンバータ５ｂが健全であったときの基準値に戻される。
【００２５】
実施の形態２によれば、健全機のコンバータの直流出力電圧ＶＢを時間経過とともに初期電圧基準値である浮動電圧Ｖｆｌにまで回復させた状態で、停止中のコンバータの回復を待つことができる。この結果、いずれかのコンバータが停止した状態でも、蓄電池の充電電圧を最終的に初期電圧基準値に保つことが可能となる。
【００２６】
実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２では、充電電流リミッタを解除する場合について述べた。実施の形態３では、コンバータ直流出力電圧ＶＢが公称電圧Ｖｒａ以下に低下したことをみて、コンバータの電流基準ＩＢｒを、初期電流基準値ＩＢｘとインバータ６ａの直流入力電流ＩＩとの和に等しい値に置き換えることにより、コンバータ５ａの直流出力電圧ＶＢの回復を図る方法について説明する。図４は、本発明の実施の形態３に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。
【００２７】
充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準を初期電流基準値ＩＢｘから、初期電流基準値ＩＢｘとインバータ６ａの直流入力電流ＩＩとの和に置き換えている理由は次のことによる。すなわち、並列運転しているインバータはほぼ等しく負荷を分担しており、健全機のコンバータ５ａからは蓄電池の充電電流ＩＢｘに加えて、停止しているコンバータ５ｂに対応するインバータ６ｂの直流入力電流ＩＩも供給するためである。インバータ６ａの直流入力電流ＩＩを得るには直流入力電流検出器１２ａを用いる（図１参照）。
【００２８】
図４においてステップＳ２０１〜Ｓ２０５は図２におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０５と同一処理であり、新たなステップＳ４０１〜Ｓ４０３を中心に以下に説明する。直流出力電圧ＶＢが蓄電池２の公称電圧Ｖｒａに至ると（Ｓ２０５）、異常検出手段１０６ａは充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準値を変更し、蓄電池２の過放電を防止しようと動作する。すなわち異常検出手段１０６ａは、充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準を初期電流基準値ＩＢｘからＩＢｘ＋ＩＩに変更する（Ｓ４０１）。
【００２９】
充電電流基準をＩＢｘ＋ＩＩに変更することにより、停止中のコンバータ５ｂに対応するインバータ６ｂに対して健全機のコンバータ５ａから直流電流が供給される。さらに、コンバータ５ａの直流出力電圧は、充電電流基準を増加したことに伴って蓄電池２からの放電が抑えられ、直流電圧基準値Ｖｆｌに回復していく。この状態で蓄電池２の過放電を防止できるとともに、コンバータ５ｂの回復を待つこととなる。
【００３０】
その後、停止中のコンバータ５ｂが運転を再開すると、コンバータ５ｂから自己のインバータ６ｂへの直流電流ＩＩ及び蓄電池への充電電流ＩＢが供給される。これによりコンバータ５ａから蓄電池２及びインバータ６ｂに供給されていた直流電流ＩＢは減少する。異常検出手段１０６ａは、直流電流ＩＢが初期電流基準値ＩＢｘまで下がったことを判断すると（Ｓ４０２）、充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準値を初期値に戻す。すなわち充電電流基準はＩＢｘ＋ＩＩから初期電流基準値ＩＢｘとなり（Ｓ４０３）、コンバータ５ｂが健全であったときの基準値に戻される。
【００３１】
実施の形態３によれば、コンバータの直流電圧基準を初期電圧基準値である浮動電圧Ｖｆｌとしたままで、充電電流基準値を上げることにより、蓄電池の過放電を防止しつつ停止中のコンバータの回復を待つことができる。この結果、いずれかのコンバータが停止した状態でも、蓄電池の充電電圧を初期電圧基準値に回復させることが可能となる。さらに、インバータへの直流入力電流を測定し、その値に基づいて充電電流基準値を変更することにより、充電電流制御ループにおける充電電流リミッタを解除することなく、充電電流を充電電流基準値で制限した状態で電流制御を行い、停止中のコンバータの回復を待つことができる。
【００３２】
実施の形態４．
実施の形態３では、インバータ６ａの直流入力電流ＩＩの検出に電流検出器１２ａを用いる場合について述べた。実施の形態４では、交流入力電流検出器１０ａの検出電流ＩＣと充電電流検出器１１ａの検出電流ＩＢとからインバータ６ａの直流入力電流ＩＩの近似値ＩＩ＊を計算によって求めている。このようにすれば、直流入力電流検出器１２ａをなくすことができ経済的である。図５は、本発明の実施の形態４に係る無停電電源システムの電流検出信号の構成図である。さらに図６は、本発明の実施の形態４に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。
【００３３】
図４との違いは、図４におけるステップＳ４０１では直流入力電流検出器１２ａにより実測された直流入力電流ＩＩを用いているのに対し、図６におけるステップＳ６０１では近似値ＩＩ＊を用いているところだけである。コンバータ交流入力電流検出器１０ａは、異常検出手段１０６ａにつながれている。異常検出手段１０６ａは、コンバータ交流入力電流検出器１０ａから取得した交流入力電流ＩＣと、充電電流検出器１１ａから取得した充電電流ＩＢとに基づいて近似値ＩＩ＊を求めることができ、この近似値ＩＩ＊を用いて新たな充電電流基準を設定することとなる。
【００３４】
実施の形態４によれば、コンバータの直流電圧基準を初期電圧基準値である浮動電圧Ｖｆｌとしたままで、充電電流基準値を上げることにより、蓄電池の過放電を防止しつつ停止中のコンバータの回復を待つことができる。この結果、いずれかのコンバータが停止した状態でも、蓄電池の充電電圧を初期電圧基準値に回復させることが可能となる。さらに、インバータへの直流入力電流の近似値を計算で求め、その値に基づいて充電電流基準値を変更することにより、充電電流制御ループにおける充電電流リミッタを解除することなく、充電電流を充電電流基準値で制限した状態で電流制御を行い、停止中のコンバータの回復を待つことができる。さらに直流入力電流検出器１２ａをなくすことができ経済的である。
【００３５】
実施の形態５．
実施の形態４では、インバータの直流入力電流ＩＩの近似値ＩＩ＊を用いたが、実施の形態５では、インバータの定格直流電流ＩＩｒａを並列運転台数ｎで除した値をＩＩ＊の代わりに用いている。図７は、本発明の実施の形態５に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。図６との違いは、図６におけるステップＳ６０１では近似値ＩＩ＊を用いているのに対し、図７におけるステップＳ７０１ではインバータの定格直流電流ＩＩｒａを並列運転台数ｎで除した値を用いているところだけである。異常検出手段１０６ａは、インバータの定格直流電流ＩＩｒａを並列運転台数ｎで除した値に基づいて新たな充電電流基準を設定することとなり、計算が簡略化できる。
【００３６】
実施の形態５によれば、コンバータの直流電圧基準を初期電圧基準値である浮動電圧Ｖｆｌとしたままで、充電電流基準値を上げることにより、蓄電池の過放電を防止しつつ停止中のコンバータの回復を待つことができる。この結果、いずれかのコンバータが停止した状態でも、蓄電池の充電電圧を初期電圧基準値に回復させることが可能となる。さらに、インバータへの直流入力電流の近似値をインバータの定格直流電流ＩＩｒａを並列運転台数ｎで除した値で求め、その値に基づいて充電電流基準値を変更することにより、充電電流制御ループにおける充電電流リミッタを解除することなく、充電電流を充電電流基準値で制限した状態で電流制御を行い、停止中のコンバータの回復を待つことができる。さらに、インバータへの入力電流の近似値を簡略化して求めることができるとともに、直流入力電流検出器１２ａをなくすことができ経済的である。
【００３７】
実施の形態６．
実施の形態３〜５では、コンバータ５ｂが停止した場合にコンバータ５ａの充電電流基準ＩＢｒを、インバータ６ａの直流入力電流ＩＩに相当する値を加算した値に置き換えることについて述べた。実施の形態６では、充電電流基準ＩＢｒを時間経過とともに初期電流基準値ＩＢｘからあらかじめ定められた電流値ＩＢｚに向かって増加させることにより、蓄電池からの放電を抑え、コンバータ出力電圧ＶＢを浮動電圧Ｖｆｌに上昇させるものである。図８は、本発明の実施の形態６に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。図９は、本発明の実施の形態６を示すコンバータ出力電圧−充電電流の特性図であり、充電電流ＩＢとコンバータの直流出力電圧ＶＢとの関係を示している。
【００３８】
図８においてステップＳ２０１〜Ｓ２０５は図２におけるステップＳ２０１〜Ｓ２０５と同一処理であり、新たなステップＳ８０１〜Ｓ８０４を中心に以下に説明する。直流出力電圧ＶＢが蓄電池２の公称電圧Ｖｒａに至ると（Ｓ２０５）、異常検出手段１０６ａは充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準値を変更し、蓄電池２の過放電を防止しようと動作する。すなわち異常検出手段１０６ａは、直流出力電圧ＶＢが初期設定電圧値であるＶｆｌに達する間は、充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準を初期電流基準値ＩＢｘから時間経過とともにあらかじめ定められた電流値ＩＢｚに向かって徐々に増加させていく（Ｓ８０１）。
【００３９】
そして直流出力電圧ＶＢがＶｆｌ以上となった場合には（Ｓ８０２）、異常検出手段１０６ａは充電電流ＩＢが初期電流基準値ＩＢｘ以下であるかを判断する（Ｓ８０３）。充電電流ＩＢが初期電流基準値ＩＢｘよりも高い場合には、再度直流出力電圧ＶＢがＶｆｌ以上であるかを判断する（Ｓ８０２）。もしも直流出力電圧ＶＢがＶｆｌよりも小さい場合には、充電電流基準を時間経過とともにＩＢｚに向かって徐々に増加させる（Ｓ８０１）。そして異常検出手段１０６ａは、最終的に直流出力電圧ＶＢがＶｆｌ以上で（Ｓ８０２）、かつ充電電流ＩＢが初期電流基準値ＩＢｘ以下となったことにより（Ｓ８０３）、コンバータ５ｂが回復したと判断し、充電電流基準発生部１０５ａにおける充電電流基準値を初期電流基準値ＩＢｘに戻す（Ｓ８０４）。
【００４０】
実施の形態６によれば、コンバータの直流電圧基準を初期電圧基準値である浮動電圧Ｖｆｌとしたままで、充電電流基準値を徐々に上げていくことにより、蓄電池の過放電を防止しつつ停止中のコンバータの回復を待つことができる。この結果、いずれかのコンバータが停止した状態でも、蓄電池の充電電圧を初期電圧基準値に回復させることが可能となる。さらに、充電電流制御ループにおける充電電流リミッタを解除することなく、充電電流を充電電流基準値で制限した状態で電流制御を行い、停止中のコンバータの回復を待つことができる。さらに、あらかじめ電流値ＩＢｚを定めることにより、インバータへの入力電流の近似値を求める必要はなく、負荷に応じて充電電流基準値を上げていき、コンバータの回復を待つことが可能となる。さらに、直流入力電流検出器１２ａをなくすことができ経済的である。
【００４１】
実施の形態７．
実施の形態１〜６では並列運転のＵＰＳシステムに本発明を適用した実施の形態を示した。実施の形態７では、待機冗長のＵＰＳシステムに適用した場合の構成を示す。図１０は、本発明の実施の形態７に係る無停電電源システムの構成図である。図１０において、図１と同一の符号を付したものは、同一のものを表す。１ａ、１ｂ、１ｃは交流電源、２は蓄電池、３ａ、３ｂは負荷、４ａ、４ｂ、４ｃは無停電電源装置である。１５ａ、１５ｂ、１５ｃは切換装置であり、無停電電源装置の出力をバイパス電源と切換する機能を有する。
【００４２】
切換装置１５ａ、１５ｂ、１５ｃによる切換は無停電電源装置が故障した場合や過負荷となった場合に同期無瞬断で行われる。無停電電源装置４ｃと切換回路１５ｃは予備系を構成し、無停電電源装置４ａの切換回路１５ａ、ならびに無停電電源装置４ｂの切換回路１５ｂ用の共通のバイパス電源となっている。
【００４３】
実施の形態７によれば、待機冗長システムにおいても、本発明の無停電電源装置を適用することにより、過放電を防止した蓄電池の共用化が可能になり、経済的な無停電電源システムを実現できる。
【００４４】
実施の形態８．
図１１は、本発明の実施の形態８に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。実施の形態１〜７に適用可能な過電圧検出回路のフローチャートを示している。異常検出手段１０６ａは、コンバータ５ａの直流出力電圧を取得し、取得した直流出力電圧があらかじめ定められた過電圧判定値よりも高い値かを判断する（Ｓ１１０１）。過電圧判定値よりも高い値である場合には、次に充電電流ＩＢが放電方向（−）か充電方向（＋）かを判定する（Ｓ１１０２）。放電方向であれば、なんらかの原因でコンバータ５ａが停止し蓄電池２からインバータ６ａに対して電力供給されている状況と判断し、過電圧を検出しない。一方、充電方向であれば、コンバータ５ａの直流出力電圧が過電圧判定値を超えているものと判断し、過電圧を検出するとともに、所要の確認時限後に無停電電源装置４ａを停止させる（Ｓ１１０３、Ｓ１１０４）。
【００４５】
実施の形態８によれば、充電電流の方向を加味して過電圧検出を行うことにより、複数の無停電電源装置の中からコンバータが異常な電圧を発生している無停電電源装置を選択的に停止させ、蓄電池を共有する無停電電源装置の共倒れを防止できる。
【００４６】
実施の形態９．
実施の形態１〜８では、健全機によりコンバータ直流出力電圧ＶＢを所定の電圧に維持して、異常機の回復を待つ方式を説明した。実施の形態９では、コンバータ５ａの直流出力電圧ＶＢが公称電圧Ｖｒａ以下に低下したことをみて、このとき充電電流ＩＢが充電方向に流れていることを条件に、直流入力スイッチ８ａを開放する方法について説明する。図１２は、本発明の実施の形態７に係る無停電電源装置の制御のフローチャートである。
【００４７】
異常検出回路１０６ａは、コンバータ５ａの直流出力電圧ＶＢが公称電圧ＶｒａよりもさらにΔＶ下がった放電終止電圧に至ったことを判断すると（Ｓ１２０１）、充電電流の方向を確認する。充電電流の方向が蓄電池２に対して充電方向であれば、異常検出手段１０６ａの属する無停電電源装置４ａ内のコンバータ５ａが健全であると判断できる（Ｓ１２０２）。コンバータ５ａが健全であると判断されると、確認時限の後に（Ｓ１２０３）、健全機である無停電電源装置４ａの直流入力スイッチ８ａを開放する（Ｓ１２０４）。その後、停止したコンバータ５ｂの属する無停電電源装置４ｂは、蓄電池２からインバータ６ｂに直流入力電流ＩＩを放電させ、やがて蓄電池２は放電終止電圧に至る。
【００４８】
このとき停止したコンバータ５ｂの属する無停電電源装置４ｂは運転不能となり、電圧異常検出回路１０６ｂの保護連動「放電終止」によりインバータ停止に至り，並列運転から切り離される。健全である無停電電源装置４ａは、直流入力スイッチの一次側（蓄電池２側）の電圧が公称電圧Ｖｒａ以上に回復することにより（Ｓ１２０５）、確認時限の後（Ｓ１２０６）、直流入力スイッチ８ａを再び投入する（Ｓ１２０７）。蓄電池２側の電圧が公称電圧Ｖｒａ以上に回復する理由は、異常な無停電電源装置４ｂが停止してシステムから切り離されることにより、蓄電池２よりの放電がなくなるからである。
【００４９】
実施の形態９によれば、コンバータの直流出力電圧と直流充電電流、及び蓄電池の充電電圧のモニタ結果に基づいて、直流入力スイッチの開放・投入動作を行うことにより、電圧基準や電流基準を変更した制御を必要とせずに負荷に電力を連続して供給できるとともに、停止した無停電電源装置の異常を顕在化することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、コンバータの直流出力電圧及び蓄電池への充電電流の検出結果に基づいて、コンバータの直流電圧基準及び充電電流基準を変更することにより、無停電電源装置相互間でコンバータの停止信号を授受することなく、１台のコンバータ停止時に蓄電池が過放電することを防止した無停電電源システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態４に係る無停電電源システムの電流検出信号の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態５に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態６に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態６を示すコンバータ出力電圧−充電電流の特性図である。
【図１０】本発明の実施の形態７に係る無停電電源システムの構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態８に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態９に係る無停電電源システムの制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ  交流電源、２  蓄電池、３  負荷、３ａ  負荷ａ、３ｂ  負荷ｂ、４ａ、４ｂ  無停電電源装置、５ａ、５ｂ  コンバータ、６ａ、６ｂ  インバータ、７ａ、７ｂ  交流入力スイッチ、８ａ、８ｂ  直流入力スイッチ、９ａ、９ｂ  交流出力スイッチ、１０ａ、１０ｂ  交流入力電流検出器、１１ａ、１１ｂ  充電電流検出器、１２ａ、１２ｂ  直流入力電流検出器、１３ａ、１３ｂ  交流入力電圧信号、１４ａ、１４ｂ  直流電圧帰還信号、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  切換装置、１０１ａ、１０１ｂ  制御手段、１０２ａ、１０２ｂ  電圧制御回路、１０３ａ、１０３ｂ  直流電圧基準発生部、１０４ａ、１０４ｂ  電流制御回路、１０５ａ、１０５ｂ  充電電流基準発生部、１０６ａ、１０６ｂ  異常検出手段。
【図１】
2004357467.tif 000003
【図２】
2004357467.tif 000004
【図３】
2004357467.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004357467.tif 000009
【図８】
2004357467.tif 000010
【図９】
2004357467.tif 000011
【図１０】
2004357467.tif 000012
【図１１】
2004357467.tif 000013
【図１２】
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