特許 7075844 無停電電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-18

(45)【発行日】2022-05-26

(54)【発明の名称】無停電電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/493 20070101AFI20220519BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20220519BHJP

   H02J 9/06 20060101ALI20220519BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20220519BHJP

【ＦＩ】

H02M7/493

H02M7/48 N

H02J9/06 120

H02J7/34 G

H02J7/34 B

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018139542

(22)【出願日】2018-07-25

(65)【公開番号】P2020018097

(43)【公開日】2020-01-30

【審査請求日】2021-06-15

(73)【特許権者】

【識別番号】319007240

【氏名又は名称】株式会社日立インダストリアルプロダクツ

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】竹本 圭孝

(72)【発明者】

【氏名】目黒 光

(72)【発明者】

【氏名】鳴島 じゅん

(72)【発明者】

【氏名】青木 宏輔

(72)【発明者】

【氏名】馬淵 雄一

(72)【発明者】

【氏名】上妻 央

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 尊衛

(72)【発明者】

【氏名】二宮 隆典

【審査官】遠藤 尊志

(56)【参考文献】

【文献】特開平８－１２６３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－７４８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２２１８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３３００２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１７０７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３３２００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／３６２５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４２－ ７／９８

Ｈ０２Ｊ ９／００－１１／００

Ｈ０２Ｊ ７／００－ ７／１２

７／３４－ ７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電圧を直流電圧に変換する順変換器と該直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器と前記直流電圧部分に接続される蓄電池電圧を昇圧するための直流変換器で構成される無停電電源装置モジュールを複数並列接続する無停電電源装置であって、
前記複数並列接続された無停電電源装置モジュールのそれぞれの入出力電流の合計を用いて制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記入出力電流の合計により前記無停電電源装置モジュールの故障を検出し、前記無停電電源装置モジュールの故障台数に応じた制御に切り換えるとともに、故障した前記無停電電源装置モジュールを切り離すことを特徴とする無停電電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載の無停電電源装置であって、
前記無停電電源装置モジュールの故障台数に応じた制御は、前記制御装置の内部の入力変数の１００％の定義を前記無停電電源装置モジュールの故障前と故障後で同じとする係数を算出し、該算出した係数を前記入力変数に乗算することで行うことを特徴とする無停電電源装置。

【請求項3】

請求項１に記載の無停電電源装置であって、
前記無停電電源装置モジュールは前記並列接続から切り離すコンタクタまたはリレーを有し、
前記無停電電源装置モジュールの切り離しは、前記制御装置により自動で各コンタクタまたはリレーを開くことで行うことを特徴とする無停電電源装置。

【請求項4】

請求項１に記載の無停電電源装置であって、
前記無停電電源装置モジュールは前記並列接続から切り離すコネクタを有し、
前記無停電電源装置モジュールの切り離しは、手動で前記コネクタを切り離すことで行うことを特徴とする無停電電源装置。

【請求項5】

請求項１に記載の無停電電源装置であって、
前記無停電電源装置モジュールの故障検出は、自動で前記無停電電源装置モジュールを１台ずつ動作させ、前記入出力電流の合計により前記無停電電源装置モジュールが故障した台数を検出することを特徴とする無停電電源装置。

【請求項6】

請求項１に記載の無停電電源装置であって、
前記無停電電源装置モジュールの故障検出は、手動で前記無停電電源装置モジュールを１台ずつ動作させ、正常に動かない無停電電源装置モジュールについて故障と判断することを特徴とする無停電電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無停電電源装置の並列接続時の縮退運転に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の無停電電源装置（以降ＵＰＳと称する）の定格電流を増加させる方法として、スイッチング素子を並列接続する方法以外に、複数のＵＰＳを並列接続する方法がある。なお、以降、１つのＵＰＳを構成するために並列接続される複数のＵＰＳそれぞれをＵＰＳモジュールと呼ぶ。
複数のＵＰＳモジュールを並列接続させる方法の中でも、以下（１）、（２）の方式がある。

【0003】

（１）並列制御無
複数のＵＰＳモジュールで構成されているが、各々のＵＰＳモジュールを制御するための制御装置は一つであり、電流検出機器についてもＵＰＳモジュールごとではなく、ＵＰＳモジュールの合計電流を検出し、それを制御に使用する。

【0004】

（２）並列制御有
複数のＵＰＳモジュールで構成され、各々のＵＰＳモジュールを制御するための制御装置はＵＰＳモジュールごとに設けられ、かつ電流検出機器についてもＵＰＳモジュールごとに流れる電流を検出し、それらを各々のＵＰＳモジュールの制御のために使用する。

【0005】

上記並列接続方式で並列制御有の方式の先行技術として、特許文献１がある。特許文献１には、各々に交流電力を出力するインバータを含む少なくとも３台の無停電電源装置を備え、各無停電電源装置を並列冗長運転により負荷に対して電力供給を行う無停電電源システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１７－５０９３３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は、前述した並列接続方式で並列制御有の方式であり、ＵＰＳモジュールごとに制御装置や電流検出機器が設けられる。そのため、回路の複雑化、大型化、高価という課題の解決に十分とは言えず、並列接続方式で並列制御無の方式がこれらの課題に有利である。

【0008】

そこで、並列接続方式で並列制御無の方式について考察すると、前述の（１）並列制御無で説明したように、複数のＵＰＳモジュールの集合として構成されるＵＰＳを制御する制御装置は、全てのＵＰＳモジュールを流れる合計電流をもとに制御する。そのため、過電流レベル、過負荷レベルなどの保護に関連する制御やＰＩ制御の応答速度のようにＵＰＳの性能に関係する制御は、ＵＰＳ全体の合計電流に基づき決定されるため、例えばＵＰＳモジュールが１台でも故障すると、制御性能が担保されない。したがって、並列制御無のようなシステム構成を有するＵＰＳは、ＵＰＳモジュール故障時に、故障したＵＰＳモジュールを交換せざる終えない状況となるため、ＵＰＳモジュール交換までの期間はＵＰＳ運転が不可能となる課題がある。

【0009】

本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、並列接続方式で並列制御無の方式において、複数のＵＰＳモジュールの内、正常なＵＰＳモジュールで運転を継続する縮退運転を行なう際に、安全に運転継続するために必要な回路切替方式および制御方式を有する無停電電源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】

【0010】

本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、交流電圧を直流電圧に変換する順変換器と直流電圧を交流電圧に変換する逆変換器と直流電圧部分に接続される蓄電池電圧を昇圧するための直流変換器で構成される無停電電源装置モジュールを複数並列接続する無停電電源装置であって、複数並列接続された無停電電源装置モジュールのそれぞれの入出力電流の合計を用いて制御する制御装置を備え、制御装置は、入出力電流の合計により無停電電源装置モジュールの故障を検出し、無停電電源装置モジュールの故障台数に応じた制御に切り換えるとともに、故障した無停電電源装置モジュールを切り離す構成とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ＵＰＳモジュールの故障台数に応じた制御に切り換えるとともに、故障したＵＰＳモジュールをシステムから切り離すことで、もとの容量より小容量のＵＰＳとして運転継続が可能なＵＰＳを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例１におけるＵＰＳの回路ブロック図である。

【図2】図１における制御装置の回路ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。

【実施例】

【0014】

図１は、本実施例におけるＵＰＳの回路ブロック図である。図１において、商用電源１にＵＰＳモジュール２０、３０、４０の交流入力部が並列に接続され、各ＵＰＳモジュールの出力部は負荷装置２へ並列に接続されている。

【0015】

ＵＰＳ１０は、ＵＰＳモジュール２０、３０、４０および制御装置５０と入力交流電圧検出器１１と入力交流電流検出器１２と蓄電池３と蓄電池電圧検出器１３と蓄電池電流検出器１４と出力交流電流検出器１５と出力交流電圧検出器１６とで構成される。

【0016】

ＵＰＳモジュール２０は、交流入力側コンタクタ２４を介して順変換器２１を有し、順変換器２１の直流側に逆変換器２２の直流側が接続され、逆変換器２２の交流側は交流出力側コンタクタ２５を介して負荷装置２へ接続され、直流変換器２３の蓄電池側は蓄電池側コンタクタ２６と２７を介して蓄電池３へ接続され、もう一方は逆変換器２２の入力へ接続される構成を有する。ＵＰＳモジュール３０、４０はＵＰＳモジュール２０と同じ構成をもつ。各ＵＰＳモジュール２０、３０、４０の直流変換器２３は蓄電池３に並列に接続される。

【0017】

制御装置５０は、入力交流電圧検出器１１と入力交流電流検出器１２と蓄電池電圧検出器１３と蓄電池電流検出器１４と出力交流電流検出器１５と出力交流電圧検出器１６により検出される電圧と電流を入力とし、各ＵＰＳモジュール２０、３０、４０の順変換器２１、逆変換器２２、直流変換器２３を駆動するための信号を各ＵＰＳモジュールへ伝達する手段をもつ。すなわち、図１において、制御装置５０は、順変換器２１へは信号Ａを出力し、逆変換器２２へは信号Ｂを出力し、直流変換器２３へは信号Ｃを出力する。また、制御装置５０は、交流入力側コンタクタ２４、蓄電池側コンタクタ２６、２７や、交流出力側コンタクタ２５の切り替え制御信号である信号Ｄを出力する。

【0018】

次に、制御装置５０の備える機能について図２を用いて説明する。制御装置５０は、入力交流電流検出器１２と蓄電池電流検出器１４と出力交流電流検出器１５で検出された各種電流を入力とし、故障検出モードとして自動でＵＰＳモジュールを１台ずつ動作させ、ＵＰＳモジュールが故障した台数ｍを検出する。図２において、制御装置５０は、故障台数ｍ設定部５２とＵＰＳモジュール全て稼動した場合の台数（Ｎ台）を設定する全台数Ｎ設定部５１と、Ｎ／（Ｎ－ｍ）を計算し、制御装置内部の入力変数（入力電流、出力電流、直流電流）の１００％の定義をＵＰＳモジュール故障前と故障後で同じとする係数を算出する演算部５３を有する。例えば、全台数Ｎが３であり、故障台数ｍが１の場合、Ｎ／（Ｎ－ｍ）＝３/２となり、故障前の入力電流の合計値が例えば３０Ａであった場合、故障後は、３０Ａの（Ｎ－ｍ）／Ｎ＝２/３である２０Ａを１００％とするための係数３/２を算出する。

【0019】

演算部５３の出力は、乗算部５４により各入力変数（入力電流、出力電流、直流電流）と掛け算される。乗算部５４のそれぞれの出力は、順変換器、逆変換器、直流変換器の電流をそれぞれ制御するために入力電流指令、出力電流指令、直流電流指令と差をとりＰＩ制御器５５へ入力され、ＰＩ制御器（ＰＩ）５５は、それぞれの電流がそれぞれの指令に追従するように順変換器、逆変換器、直流変換器への駆動指令信号Ａ、Ｂ、Ｃを与える役割をもつ。さらに、乗算部５４のそれぞれの出力は、順変換器、逆変換器、直流変換器を保護するための、過電流判定を行なう過電流検出部（ＯＣ）５６と、過負荷判定を行なう過負荷検出部（ＯＬ）５７との入力となり、過電流検出部５６と過負荷検出部５７とは、順変換器、逆変換器、直流変換器の駆動をストップさせる指令信号Ａ、Ｂ、Ｃを出力する役割をもつ。

【0020】

ｍ台故障検出時には、故障したｍ台のＵＰＳモジュールを主回路から切り離すことで、制御装置５０内のＰＩ制御設定や保護設定を変更することなしに運転をすることが可能となる。例えば、故障したＵＰＳモジュールがＵＰＳモジュール２０であった場合、ＵＰＳモジュール２０の交流入力側コンタクタ２４と交流出力側コンタクタ２５と蓄電池側コンタクタ２６、２７を開くことにより主回路から切り離す。なお、図１ではＵＰＳモジュールを主回路から切り離す場合、自動で各コンタクタを開くことで対応可能であるが、これらコンタクタをリレーに変更してもよいし、コネクタに変更して手動で切り離してもよい。

【0021】

また、図１は単相電力変換器として示しているが、三相３線電力変換器、三相４線電力変換器でも同様の効果を得ることが出来る。また、制御装置５０内のｍ台のＵＰＳモジュール故障時に制御が切換わるＰＩ制御部５５と過電流検出部５６と過負荷検出部５７はあくまで一例であり、ＵＰＳの入出力電流および蓄電池電流を用いて制御する演算部がある場合は、同様に適用可能である。

【0022】

また、上記説明では、故障検出モードとして自動でＵＰＳモジュールを１台ずつ動作させ、ＵＰＳモジュールが故障した台数ｍを検出するとしたが、故障検出時に、手動でＵＰＳモジュールを１台ずつ動作させ、正常に動かないＵＰＳモジュールについては故障と判断してもよい。

【0023】

以上のように、本実施例によれば、検出する電流により、ＵＰＳモジュールの故障を検出し、ＵＰＳモジュールの故障台数に応じた制御に切り換えるとともに、故障したＵＰＳモジュールをシステムから切り離すことで、もとの容量より小容量のＵＰＳとして縮退運転を行ない、安全に運転継続するために必要な回路切替方式および制御方式を有する無停電電源装置を提供することができる。

【0024】

以上、実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0025】

１：商用電源、２：負荷装置、３：蓄電池、１０：無停電電源装置（ＵＰＳ）、１１：入力交流電圧検出器、１２：入力交流電流検出器、１３：蓄電池電圧検出器、１４：蓄電池電流検出器、１５：出力交流電流検出器、１６：出力交流電圧検出器、２０,３０,４０：ＵＰＳモジュール、２１：順変換器、２２：逆変換器、２３：直流変換器、２４：交流入力側コンタクタ、２５：交流出力側コンタクタ、２６，２７：蓄電池側コンタクタ、５０：制御装置、５１：全台数Ｎ設定部、５２：故障台数ｍ設定部、５３：演算部、５４：乗算部、５５：ＰＩ制御部（ＰＩ）、５６：過電流検出部（ＯＣ）、５７：過負荷検出部（ＯＬ）

【図1】

【図2】