(57)【要約】【課題】本発明は、少ない部品数でコンデンサ充電回路を構成し、少なくとも一つの電力変換ユニットのインバータ、コンバータが稼働中の状態で、他の少なくとも一つの電力変換ユニットのコンデンサを充電、接続可能とするホットスワップに対応した電力変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】コンバータ、インバータ、チョッパからなる電力変換ユニットを複数有する電力変換装置であって、複数の電力変換ユニットのうち一の第一の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子と直流電源に接続される直流リアクトルとの間に設けられる第一開閉器と、第一の電力変換ユニットとは異なる他の第二の電力変換ユニットの正極端子と直流電源および前記直流リアクトルの間とを接続するための第二開閉器と、を有し、第一の電力変換ユニットが稼働中に第二の電力変換ユニットを並列接続する場合に、第一開閉器および第二開閉器を閉じることにより、チョッパ回路入力端子および前記正極端子が前記リアクトルを介して接続される【選択図】  図５
2016220431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバータ、インバータ、チョッパからなる電力変換ユニットを複数有する電力変換装置であって、
前記複数の電力変換ユニットのうち一の第一の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子と直流電源に接続される直流リアクトルとの間に設けられる第一開閉器と、
前記第一の電力変換ユニットとは異なる他の第二の電力変換ユニットの正極端子と前記直流電源および前記直流リアクトルの間とを接続するための第二開閉器と、を有し、
前記第一の電力変換ユニットが稼働中に前記第二の電力変換ユニットを並列接続する場合に、前記第一開閉器および前記第二開閉器を閉じることにより、前記チョッパ回路入力端子および前記正極端子が前記リアクトルを介して接続される電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第一開閉器および第二開閉器を閉状態にすることによって、前記第一の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路から、前記リアクトルを経由して、前記第二の電力変換ユニットの正極端子に電流が流れ、前記第二の電力変換ユニットに設けられたコンデンサが充電される電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第二の電力変換ユニットを充電する場合に、前記第一の電力変換ユニットに内蔵されたコンバータ回路入力端子と、前記第二の電力変換ユニットに内蔵されたコンバータ回路入力端子とは、電気的に絶縁され、
前記第一の電力変換ユニットに内蔵されたインバータ回路出力端子と、前記第二の電力変換ユニットに内蔵されたインバータ回路出力端子とは、電気的に絶縁されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第一の電力変換ユニットに内蔵されたコンバータ回路入力端子と、前記第二の電力変換ユニットに内蔵されたコンバータ回路入力端子とは、開閉器を介して接続され、
前記第一の電力変換ユニットに内蔵されたインバータ回路出力端子と、前記第二の電力変換ユニットに内蔵されたインバータ回路出力端子とは、開閉器を介して接続されたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記電力変換装置は、
前記第一の電力変換ユニットに含まれる、チョッパ回路に制御信号を供給する前記制御回路を有し、
前記制御回路には、前記第二の電力変換ユニットの正極負極間電圧情報が入力され、前記制御回路は、前記正極負極間電圧が定格電圧となるまで、前記第一の電力変換ユニットのチョッパ回路から、前記第二の電力変換ユニットの正極端子に、前記充電電流が流れるように制御する電力変換装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電力変換装置において、
前記制御回路には、前記第一の電力変換ユニットに含まれる、インバータ回路の出力電流情報が入力され、前記インバータ回路出力電流の大きさに基づいて前記第一の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路の導通率を変化させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換装置において、
前記インバータ回路出力電流が大きいほど前記導通率の増加率を小さくする電力変換装置。
【請求項８】
コンバータ、インバータ、チョッパからなる電力変換ユニットを複数有する電力変換装置であって、
前記複数の電力変換ユニットのうち一の第一の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子と、前記第一の電力変換ユニットとは異なる他の第二の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子とは、開閉器とを介して接続され、
前記第一の電力変換ユニットが稼働中に前記第二の電力変換ユニットを並列接続する場合に、前記開閉器を閉じることにより、前記チョッパ回路入力端子および前記正極端子が前記リアクトルを介して接続される電力変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電力変換装置において、
前記第二の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子と、前記電力変換装置のうち前記第一の電力変換装置および前記第二の電力変換装置とは異なる第三の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子とは、１つの開閉器とを介して接続される電力変換装置
【請求項１０】
請求項８に記載の電力変換装置において、
第二の電力変換ユニットの正極端子と前記直流電源および前記直流リアクトルの間とを接続するための第二開閉器を更に備える電力変換装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の電力変換装置であって、
前記チョッパ回路は、チョッパ回路入力端子と、正極端子間に整流素子を備え、
前記第二の電力変換ユニットのチョッパ回路入力端子は、前記整流素子を介して、前記第二の電力変換ユニットの正極端子に接続されることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置は、特に、ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  Ｐｏｗｅｒ−ｓｕｐｐｌｙ  Ｓｙｓｔｅｍ、無停電電源装置）は、データセンタ向けに、地価の高い都市近郊に敷設されるため、設置面積の小さいことが望まれている。同様に、電力変換器効率に起因するランニングコストや、部品交換等のメンテナンスコストを低く抑えた製品が渇望されている。加えて、停止が大きな損失を生むシステム（例データセンタ）では、メンテナンス中の稼働継続の要求がある。
【０００３】
この課題に対し、必要電力容量からＮ並列必要なシステムに対し、ＵＰＳ本体をＮ＋１並列化したシステムにより、Ｎ＋１の冗長運転をするシステムが提案されている。ＵＰＳ本体を多並列化したシステムでは、少なくとも一つの第一のＵＰＳが稼働中であるとき、他の第二のＵＰＳにおいて、ＡＣスイッチをオフし、電力系統から切り離すことで、第一のＵＰＳを稼働した状態で、第二のＵＰＳにおける部品交換等のメンテナンスが可能となる。一方、ＵＰＳ本体をＮ＋１並列化することで、ＡＣフィルタ等もＮ＋１倍化するため、接地面積、部品数の増大が課題となる。
【０００４】
少ない部品数で、冗長運転を実現する手段として、必要電力容量からＮ並列必要なシステムに対し、ＵＰＳ本体内部で、インバータユニット・コンバータユニット・チョッパユニットをそれぞれＮ＋１並列化する構成が考えられる。ただし、一部のユニットが稼働中の状態で、他のユニットを交換・追加するとき、電力系統・稼働中ユニットから追加ユニット内コンデンサへの突入電流を抑制する必要がある。
【０００５】
特許文献１では、複数の電力変換ユニットを具備したコンデンサの充電方法として、例えば、一つの充電回路を用いて、前記電力変換ユニットに含まれるある一つの第一のインバータユニットを充電し、他のインバータユニットの平滑コンデンサは、初期充電したインバータユニットのインバータ回路出力から負荷を経由して充電する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１５８３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された方法によると、複数のインバータユニットの初期充電における発明であり、充電開始前においてはいずれのインバータユニットも充電されていない状態である。いずれのまた、一つの充電回路で、多並列ユニットの充電に対応できるが、充電回路に冗長性を確保するには、充電回路の多並列化が必要となる。
【０００８】
そこで、本発明は、少ない部品数でコンデンサ充電回路を構成し、少なくとも一つの電力変換ユニットのインバータ、コンバータが稼働中の状態で、他の少なくとも一つの電力変換ユニットのコンデンサを充電、接続可能とするホットスワップに対応した電力変換装置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】
【０００９】
上記課題を解決するために、例えば、コンバータ、インバータ、チョッパからなる電力変換ユニットを複数有する電力変換装置であって、複数の電力変換ユニットのうち一の第一の電力変換ユニットに内蔵されたチョッパ回路入力端子と直流電源に接続される直流リアクトルとの間に設けられる第一開閉器と、第一の電力変換ユニットとは異なる他の第二の電力変換ユニットの正極端子と直流電源および前記直流リアクトルの間とを接続するための第二開閉器と、を有し、第一の電力変換ユニットが稼働中に第二の電力変換ユニットを並列接続する場合に、第一開閉器および第二開閉器を閉じることにより、チョッパ回路入力端子および前記正極端子が前記リアクトルを介して接続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
少ない部品数でコンデンサ充電回路を構成し、少なくとも一つの電力変換ユニットのインバータ、コンバータが稼働中の状態で、他の少なくとも一つの電力変換ユニットのコンデンサを充電、接続可能とするホットスワップに対応した電力変換装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】無停電電源装置のシステム図である。
【図２】コンバータを構成する主な電気回路を示す図である。
【図３】インバータ回路の構成を示す回路図である。
【図４】チョッパ回路の構成を示す回路図である。
【図５】コンバータ、インバータ、チョッパからなる電力変換ユニットを２並列接続したＵＰＳの構成図を示す。
【図６】初期充電のフローチャートを示している。
【図７】第２の実施例の電力変換装置の構成図である。
【図８】第２の実施例における第一の電力変換ユニットのチョッパ部等価回路、および上位制御回路のチョッパ制御信号を示している。
【図９】上位制御回路のチョッパ制御信号に対するチョッパ制御電圧および充電電流を示している。
【図１０】第３の実施例の電力変換装置の構成図である。
【図１１】第３の実施例の初期充電のフローチャートを示している。
【図１２】第４の実施例の電力変換装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。なお、本実施例においては、その代表例として、ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  Ｐｏｗｅｒ−ｓｕｐｐｌｙ  Ｓｙｓｔｅｍ、無停電電源装置）について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、無停電電源装置（以下「ＵＰＳ」と記述する）１００のシステム図である。商用交流電源１０６から入力される三相交流電力は、コンバータ側ＡＣリアクトル４０６を経由して、コンバータ１０２に入力される。コンバータ１０２では三相交流電力を直流電力に変換し、インバータ１０３により再び交流電力に変換して、インバータ側ＡＣフィルタ４０８を経由して負荷１０８に供給する。また、コンバータ１０２により直流に変換された電力は、チョッパ１０４及びＤＣリアクトル４０７により最適な電圧に昇圧あるいは降圧するにより、蓄電池１０７に蓄えられる。コンバータ、インバータ、チョッパそれぞれの動作は、上位制御回路１０５によって制御される。
【００１４】
商用電源１０６が何らかの理由で停電した場合、蓄電池１０７に蓄えられた電力がインバータ１０３へ与えられ、交流電力に変換して負荷１０８に供給することで、負荷１０８へは途切れることなく給電することができる。
【００１５】
図２は、コンバータ１０２を構成する主な電気回路を示す図である。コンバータ１０２は、３相交流の商用電源１０６からの三相交流電力を、正極負極間（ＰＮ間）の直流電力に変換させるものである。入力となる３相交流電力１０６を、三相コンバータ１０２の各相変換器２０１、２０２、２０３の交流端子Ｒ、Ｓ、Ｔに供給し、各相に備えられた上アームのスイッチング素子２１及び整流素子２３と、下アームのスイッチング素子２２及び整流素子２４とにおいて、コンバータ制御回路２０４でスイッチングタイミングを制御することにより整流させる。本実施例においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、整流素子としてダイオード、を用いているが、これらに限らず、他の種類の素子を適用することも可能である。
【００１６】
図３は、インバータ回路の構成を示す回路図である。コンバータ１０２により変換された直流電圧を、各相に備えられた上アームのスイッチング素子２１及び整流素子２３と、下アームのスイッチング素子２２及び整流素子２４とにおいて、インバータ制御回路３０４でスイッチングタイミングを制御することにより交流電力に変換させ、各相変換器３０１、３０２、３０３の交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗに出力する。
【００１７】
図４は、チョッパ回路の構成を示す回路図である。昇圧チョッパ１０４は、蓄電池１０７による低圧の直流電圧をＰＮ間の高圧直流電圧に変換させるものである。下アームのスイッチング素子２２がＯＮしている間に、蓄電池１０７と交流端子Ｃとの間に接続されたＤＣリアクトル４０７にエネルギーが蓄積される。次に、下アームのスイッチング素子２２がＯＦＦした際に、リアクトル４０７が発する逆起電圧により上アームの整流素子２３がＯＮする。これより、昇圧チョッパ１０４の出力端には、蓄電池１０７の直流電圧とリアクトル４０７の逆起電圧の加算電圧が現れるため、結果的に昇圧される。またチョッパ制御回路４０５により、スイッチングタイミングを制御することにより、昇圧比を任意に設定可能としている。
【００１８】
以上より、本実施例のＵＰＳ１００に搭載されるコンバータ１０２、インバータ１０３、昇圧チョッパ１０４は、いずれも、上アームのスイッチング素子２１及び整流素子２３と、下アームのスイッチング素子２２及び整流素子２４と、が直列に接続された２レベルハーフブリッジ回路２０を基本構成としているが、３レベルを基本構成としたインバータ、コンバータ、昇圧回路を適用することも可能である。
【００１９】
図５は、コンバータ１０２、インバータ１０３、チョッパ１０４からなる電力変換ユニット２００を２並列接続した、本実施例における、ＵＰＳ１００の構成図を示す。
【００２０】
各電力変換ユニット２００ａ、２００ｂのコンバータ入力端子５０１ａ、５０１ｂは、それぞれ開閉器ＳＷ＿ａｃ１１、ＳＷ＿ａｃ２１を経由して、共通リアクトル４０６へと接続される。同様に、インバータ出力端子５０２ａ、５０２ｂは、それぞれ開閉器ＳＷ＿ａｃ１２、ＳＷ＿ａｃ２２を経由して共通リアクトル４０８へと接続される。チョッパ入力端子５０３ａ、５０３ｂは、開閉器ＳＷ＿ｄｃ１１、ＳＷ＿ｄｃ２１を経由して、ＤＣリアクトル４０７へと接続される。また第一の電力変換ユニット２００ａと、第二の電力変換ユニット２００ｂの各Ｐ極端子、および各Ｎ極端子は、開閉器ＳＷ＿ｐ１２、ＳＷ＿ｐ２２、ＳＷ＿ｎ１１、ＳＷ＿ｎ２１を経由して接続される。また、各電力変換ユニットのＰ極端子は、各開閉器ＳＷ＿ｐ１１、ＳＷ＿ｐ２１を経由して、ＤＣリアクトル４０７とＤＣ入力開閉器ＳＷ＿ｄｃとの間に接続される。この各開閉器ＳＷ＿ｐ１１、ＳＷ＿ｐ２１を閉にすることにより、コンデンサ２５aおよび２５ｂの充電を行うことが可能である。すなわち、電力変換ユニット２００aが稼働中のとき、電力変換ユニット２００aのチョッパ入力端子５０３aと、電力変換ユニット２００ｂのＰ極端子とを、開閉器SW_dc11,リアクトル407,及び開閉器SW_p21を介して接続することで、電力変換ユニット２００aから電力変換ユニット２００ｂへコンデンサ25ｂの充電電流を供給することが可能となる。
【００２１】
各電力変換ユニットを制御する上位制御回路１０９は、各電力変換ユニットのＰ極Ｎ極間電圧をモニタし、チョッパ動作を制御する機構を備える。
【００２２】
なお本実施例では、コンデンサ２５ａ，２５ｂとして電解コンデンサ等の極性のあるコンデンサを想定しているが、同様の構成で、フィルムコンデンサ等の極性のないコンデンサの充電も可能である。
【００２３】
図６は、初期充電のフローチャートを示している。以下、第一の電力変換ユニット２００ａのインバータ・コンバータが稼働中である条件下において、第二の電力変換ユニット２００ｂを追加するときの初期充電動作を示す。
【００２４】
まず、図５の第一の電力変換ユニット２００ａが駆動しているとき、入出力系統をつなぐ開閉器ＳＷ＿ａｃ１１、ＳＷ＿ａｃ１２、ＳＷ＿ｄｃ１１、ＳＷ＿ｐ１２、ＳＷ＿ｎ１１、ＳＷ＿ｄｃは閉の状態であり、第一の電力変換ユニット内のコンデンサ２５ａの充電経路にある開閉器ＳＷ＿ｐ１１は開の状態である。
【００２５】
そして、追加ユニットである第二の電力変換ユニット２００ｂに接続される開閉器ＳＷ＿ａｃ２１、  ＳＷ＿ａｃ２２、  ＳＷ＿ｄｃ２１、  ＳＷ＿ｐ２２、  ＳＷ＿ｎ２１、  ＳＷ＿ｐ２１は開の状態である。
【００２６】
第二の電力変換ユニット内のコンデンサ２５ｂの充電動作をフローチャートを用いながら説明する。
【００２７】
まず、ＳＷ＿ｎ２１を閉じ、第一の電力変換ユニットのＮ電位と第二の電力変換ユニットのＮ電位とを同電位とする。更に、ＳＷ＿ｄｃを開とし、ＤＣリアクトル４０７と蓄電池１０７を切り離した状態で、ＳＷ＿ｐ２１を閉じ、第二の電力変換ユニットのＰ極端子と、第一の電力変換ユニットのチョッパ端子５０３ａとを、ＤＣリアクトル４０７を経由して接続する（ステップ６０１）。なお、ＳＷ＿ｎ２１を閉じるタイミングとＳＷ＿ｄｃを開くタイミングとは、どちらが先であってもよく、これらの動作の後にＳＷ＿ｐ２１を閉じる。また、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路の上アームスイッチング素子２１は、初期状態としてオフに制御されている。
【００２８】
第一の電力変換ユニットのチョッパ回路を特定のデューティー比で動作させる。このとき、第二の電力変換ユニットのコンデンサ２５ｂには、第一の電力変換ユニットのチョッパ端子５０３ａ、開閉器ＳＷ＿ｄｃ１１、ＤＣリアクトル４０７、開閉器ＳＷ＿ｐ２１を経由して、充電電流が流れる（ステップ６０２）。上位制御回路１０９では、第二の電力変換ユニットのＰ極Ｎ極間電圧をモニタし、所定の設定値に達した時（ステップ６０３のＹｅｓ）、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路をオフし（ステップ６０４）、充電電流を遮断する。ステップ６０４では、具体的には、開閉器ＳＷ＿ｐ２１を開とし、第一の電力変換ユニットのチョッパから、第二の電力変換ユニットへの充電電流経路を遮断し、開閉器ＳＷ＿ａｃ２１、ＳＷ＿ａｃ２２、ＳＷ＿ｐ２２、ＳＷ＿ｄｃ２１を閉じ、第一の電力変換ユニットと、第二の電力変換ユニットとにおけるコンバータ入力端子５０１ａ、５０１ｂと、インバータ出力端子５０２ａ、５０２ｂと、チョッパ入力端子５０３ａ、５０３ｂと、Ｐ極Ｎ極端子をそれぞれ接続する。また、開閉器ＳＷ＿ｄｃを閉じ、ＤＣリアクトル４０７と蓄電池１０７を接続し、第二の電力変換ユニットは、第一の電力変換ユニットに同期したインバータ・コンバータ稼働を開始する。
【００２９】
本実施の形態によれば、第一の電力変換ユニットがインバータ・コンバータ動作で稼働中であっても、第二の電力変換ユニットの追加（初充電）が可能となる。すなわち、第二の電力変換ユニットの充電電流は、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路を経由するため、チョッパ制御により、充電電流の制御が可能となる。また、各電力変換ユニットに内蔵されるチョッパを充電回路として利用し、かつ各ユニットでＤＣリアクトルを共用（リアクトルから各ユニットのチョッパにつながる接続部を有している。）することで、少ない追加部品でホットスワップに対応している。また、第二の電力変換ユニットから、第一の電力変換ユニットへの充電も可能であり、多並列ユニットと同様に、充電回路の冗長性が確保できる。
【００３０】
一方メンテナンス時、例えば第二の電力変換ユニットの取り外しが必要な場合、第二の電力変換ユニットのインバータ、コンバータ、チョッパの全ＳＷ素子をオフ状態に制御し、電力系統、および蓄電池から第二の電力変換ユニットに流れる電流が遮断した状態で、開閉器ＳＷ＿ａｃ２１、ＳＷ＿ｄｃ２１、ＳＷ＿ｐ２１、ＳＷ＿ａｃ２２、ＳＷ＿ｐ２２、ＳＷ＿ｎ２１を開とすることで、電力系統、および第一の電力変換ユニットから、第二の電力変換ユニットを切り離すことが可能となる。
【実施例２】
【００３１】
図７は、第２の実施例の電力変換装置の構成図である。
【００３２】
以下では、第一の電力変換ユニットのインバータ、コンバータが稼働中であり、第二の電力変換ユニットが追加され初充電されるユニットとしての動作について示す。
【００３３】
上位制御回路１０９では、第二の電力変換ユニットのＰ極Ｎ極間電圧に加え、ＡＣフィルタリアクトル４０８の出力電流をモニタする点が、実施例１とは異なる点である。
【００３４】
上位制御回路１０９では、第二の電力変換ユニットの充電電流を制御する、第一の電力変換ユニットのチョッパ導通率を、前記出力電流信号により切り替える。
【００３５】
図８は、第一の電力変換ユニットのチョッパ部等価回路を示す。
【００３６】
図９は、上位制御回路１０９のチョッパ制御信号Ｓ１に対するチョッパ制御電圧および充電電流を示している。横軸は時間、縦軸にチョッパ制御電圧および充電電流を示している。
【００３７】
図９に示すように、上位制御回路では、ＡＣフィルタリアクトル４０８の出力電流に従い、チョッパ制御信号Ｓ１のパルス信号デューティー比を切り替える。
【００３８】
出力電流が小さい場合には、第一の電力変換ユニットのインバータ、及びコンバータの損失が小さいので、チョッパ制御信号Ｓ１として、パルス信号デューティー比の増分が大きいＳ１ａ信号が選択される。このようにパルス幅の変化分（増分)が大きいと、充電電流は大きくすることができる。
【００３９】
一方、出力電流が大きい場合には、第一の電力変換ユニットのインバータ、及びコンバータの損失が大きいので、チョッパ制御信号Ｓ１として、パルス信号デューティー比の増分が小さいＳ１ｂ信号が選択される。インバータ・コンバータの出力電流が大きいときに、充電電流を大きくしてしまうと、変換器の発熱が大きくなり、故障につながるので、このように出力電流をモニタしながら、充電電流を制限することで、過大な発熱・故障を回避することができる。
【００４０】
なお、チョッパ制御信号Ｓ１ｂに対し、チョッパ制御信号Ｓ１ａでは、充電電流は小さくなり、また充電時間も長くなる。
【００４１】
本実施の形態によれば、インバータ及びコンバータが稼働している第一の電力変換ユニットにおいて、第二の電力変換ユニットへの充電電流増大による損失増大、及び発熱増大の影響を低減できる。すなわち、第一の電力変換ユニットのインバータ及びコンバータが高負荷で動作しているとき、つまり、インバータ及びコンバータの損失、発熱が大きいときは、チョッパ制御信号Ｓ１ｂを適用することにより、充電電流を制限し、インバータ、及びコンバータの温度上昇を抑制できる。
【００４２】
また本実施の形態では、充電電流を供給する電力変換ユニットのインバータ及びコンバータの動作状態を、ＡＣフィルタリアクトル４０８の出力電流で判定し、チョッパ制御信号Ｓ１を制御している。一方、インバータ及びコンバータの動作状態を判定する情報として、ＡＣリアクトル４０６の入力電流、コンバータ入力電流、インバータ出力電流、またはインバータ、及びコンバータユニットの温度情報を用いた場合も、同様な制御が可能である。
【実施例３】
【００４３】
図１０は、第３の実施例の電力変換装置の構成図である。
【００４４】
実施例１および実施例２と異なる点は、開閉器ＳＷ＿ｄｃ１および開閉器ＳＷ＿ｄｃ２の構成位置である。チョッパ入力端子５０３ａ、５０３ｂは、開閉器ＳＷ＿ｄｃ１を経由して、相互に接続される。さらに、チョッパ入力端子５０３ａ、５０３ｂは、ＤＣリアクトル４０７と、開閉器ＳＷ＿ｄｃ２を経由して相互に接続される。このように構成することで、実施例１および実施例２の電力変換装置の構成と比較してスイッチ数を低減することができる。
【００４５】
図１１は、本実施例における、初期充電のフローチャートを示している。以下、図１０中の第一の電力変換ユニット２００ａのインバータ・コンバータが稼働中である条件下において、第二の電力変換ユニット２００ｂを追加するときの初期充電動作を示す。
【００４６】
第一の電力変換ユニット２００ａが駆動しているとき、入出力系統をつなぐ開閉器ＳＷ＿ａｃ１１、  ＳＷ＿ａｃ１２、ＳＷ＿ｐ１２、  ＳＷ＿ｎ１１、  ＳＷ＿ｄｃは閉の状態であり、第一の電力変換ユニットのチョッパ入力端子５０３ａと、第二の電力変換ユニットのチョッパ入力端子５０３ｂとをつなぐ開閉器ＳＷ＿ｄｃ１、ＳＷ＿ｄｃ２はいずれも開の状態である。また、追加ユニットである第二の電力変換ユニット２００ｂに接続される開閉器ＳＷ＿ａｃ２１、ＳＷ＿ａｃ２２、ＳＷ＿ｄｃ１、ＳＷ＿ｐ２２、ＳＷ＿ｎ２１は開の状態である。
【００４７】
第二の電力変換ユニット内のコンデンサ２５ｂの充電動作として、ＳＷ＿ｎ２１を閉じ、第一の電力変換ユニットのＮ電位と、第二の電力変換ユニットのＮ電位とを、同電位とする。更に、ＳＷ＿ｄｃを開とし、ＤＣリアクトル４０７と蓄電池１０７を切り離した状態で、ＳＷ＿ｄｃ２を閉じ、第二の電力変換ユニットのチョッパ端子５０３ｂと、第一の電力変換ユニットのチョッパ端子５０３ａとを、ＤＣリアクトル４０７を経由して接続する（ステップ１００１）。このとき、ＳＷ＿ｄｃ、ＳＷ＿ｄｃ１を開くタイミングと、ＳＷ＿ｎ２１を閉じるタイミングは順不同であるが、ＳＷ＿ｄｃ２はこれらのスイッチの動作をしたのちに閉じるように制御する。なお、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路の上アームスイッチング素子２１と、第二の電力変換ユニットのチョッパ回路の上アームスイッチング素子２１と下アームスイッチング素子２２は、いずれも初期状態としてオフに制御されている。
【００４８】
次に、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路を特定のデューティー比で動作させる（ステップ１００２）。このとき、第二の電力変換ユニットのコンデンサ２５ｂには、第一の電力変換ユニットのチョッパ端子５０３ａ、ＤＣリアクトル４０７、開閉器ＳＷ＿ｄｃ２、第二の電力変換ユニットのチョッパ端子５０３ｂ、および第二の電力変換ユニットのチョッパ回路の上アーム整流素子２３を経由して、充電電流が流れる。上位制御回路１０９では、第二の電力変換ユニットのＰ極Ｎ極間電圧をモニタし、所定の設定値に達した時（ステップ１００３のＹｅｓ）、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路をオフし、充電電流を遮断する。一方、所定値に達しない場合は、同判定を繰り返す（ステップ１００３のＮｏｐ）。
【００４９】
次に、開閉器ＳＷ＿ｄｃ２を開とし、第一の電力変換ユニットのチョッパから、第二の電力変換ユニットへの充電電流経路を遮断し、開閉器ＳＷ＿ａｃ２１、ＳＷ＿ａｃ２２、ＳＷ＿ｐ２２、ＳＷ＿ｄｃ１を閉じ、第一の電力変換ユニットと、第二の電力変換ユニットとにおけるコンバータ入力端子５０３ａ、５０３ｂと、インバータ出力端子５０２ａ、５０２ｂと、チョッパ入力端子５０３ａ、５０３ｂと、Ｐ極Ｎ極端子をそれぞれ接続する。また、開閉器ＳＷ＿ｄｃを閉じ、ＤＣリアクトル４０７と蓄電池１０７を接続し、第二の電力変換ユニットは、第一の電力変換ユニットに同期したインバータ・コンバータ稼働を開始する。
【００５０】
本実施の形態によれば、第一の電力変換ユニットがインバータ・コンバータ動作で稼働中であっても、第二の電力変換ユニットの追加（初充電）が可能となる。第二の電力変換ユニットの充電電流は、第一の電力変換ユニットのチョッパ回路を経由するため、チョッパ制御により、充電電流の制御が可能となる。また、各電力変換ユニットに内蔵されるチョッパを充電回路として利用し、かつ各ユニットでＤＣリアクトルを共用することで、少ない追加部品でホットスワップに対応している。
【００５１】
メンテナンス時、例えば第二の電力変換ユニットの取り外しが必要な場合、第二の電力変換ユニットのインバータ、コンバータ、チョッパの全ＳＷ素子をオフ状態に制御し、電力系統、および蓄電池から第二の電力変換ユニットに流れる電流が遮断した状態で、開閉器ＳＷ＿ａｃ２１、ＳＷ＿ｄｃ１、ＳＷ＿ａｃ２２、ＳＷ＿ｐ２２、ＳＷ＿ｎ２１を開とすることで、電力系統、および第一の電力変換ユニットから、第二の電力変換ユニットを切り離すことが可能となる。
【実施例４】
【００５２】
図１２は、第４の実施例の電力変換装置の構成図である。本実施では電力変換ユニット２００を３並列接続したＵＰＳ１００の構成を有している。
【００５３】
第一の電力変換ユニット２００ａのチョッパ入力端子５０３ａと、第二の電力変換ユニットのチョッパ入力端子５０３ｂは、開閉器ＳＷ＿ｄｃ１に接続される。さらに、第一の電力変換ユニット２００ａのチョッパ入力端子５０３ａと、第二の電力変換ユニットのチョッパ入力端子５０３ｂは、ＤＣリアクトル４０７と、開閉器ＳＷ＿ｄｃ２を経由して接続される。一方、第二の電力変換ユニットのチョッパ入力端子５０３ｂと、第三の電力変換ユニットのチョッパ入力端子５０３ｃは、開閉器ＳＷ＿ｄｃ３を経由して接続される。
【００５４】
第三の電力変換ユニット２００ｃを充電するとき、充電電流は、第一の電力変換ユニット内のチョッパから、ＤＣリアクトル４０７と、開閉器ＳＷ＿ｄｃ２と開閉器ＳＷ＿ｄｃ３を経由して、第三の電力変換ユニットのチョッパ入力端子５０３ｃへと供給される。なお同一の電流経路で、第三の電力変換ユニットから、第一の電力変換ユニットへ充電電流を供給することも可能である。
【００５５】
本実施の形態によれば、第二の電力変換ユニットと、第三の電力変換ユニットのチョッパ入力端子間の開閉器を一つで構成でき、部品数を削減できる。
【００５６】
以上説明した実施の形態では、ＵＰＳについて言及しているが、異なる電力変換器（例えばPCS等）への適用も可能であり、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、開閉器を例に説明したが、電気的な接続状態を入切するものであれば他の手段であってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
２０…２レベルハーフブリッジ回路
２１、２２…スイッチング素子（ＩＧＢＴ）
２３、２４…整流素子（ダイオード）
２５…コンデンサ素子
２７、２８…ヒューズ素子
１００…電力変換装置（ＵＰＳ）
１０２…コンバータ
１０３…インバータ
１０４…チョッパ
１０５、１０９…上位制御部
１０６…商用交流電源
１０７…蓄電池
１０８…負荷
２００…電力変換ユニット
２０１…コンバータＲ相電力変換ユニット
２０２…コンバータＳ相電力変換ユニット
２０３…コンバータＴ相電力変換ユニット
２０４…コンバータ制御回路
３０１…インバータＵ相電力変換ユニット
３０２…インバータＶ相電力変換ユニット
３０３…インバータＷ相電力変換ユニット
３０４…インバータ制御回路
４０１…チョッパ電力変換ユニット
４０５…チョッパ制御回路
４０６、４０７、４０８…リアクトル
５０１…コンバータ入力端子
５０２…インバータ出力端子
５０３…チョッパ入力端子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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