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JP6348460B2 - 電力変換システム - Google Patents

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Description

この発明は電力変換システムに関し、特に、負荷に対して並列接続される複数の電力変換装置を備えた電力変換システムに関する。
従来より、負荷に対して並列接続される複数の無停電電源装置を備えた無停電電源システムが知られている。各無停電電源装置は、交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する順変換回路と、直流電圧を交流電圧に変換して負荷に与える逆変換回路と、順変換回路によって生成された直流電圧を逆変換回路に供給するための直流母線とを含む。
交流電源から交流電力が供給されている通常時は、交流電力は順変換回路によって直流電力に変換され、電力貯蔵装置に蓄えられるとともに、逆変換回路によって交流電力に変換されて負荷に供給される。交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、電力貯蔵装置の直流電力が逆変換回路によって交流電力に変換されて負荷に供給される。したがって、停電が発生した場合でも、電力貯蔵装置に直流電力が蓄えられている期間は、負荷の運転を継続することができる。
特許文献１には、直流正母線、直流負母線、２つのヒューズ、２つの単位インバータユニットを備えた電力変換装置が開示されている。各単位インバータユニットは、互いに並列接続されたコンデンサおよび半導体モジュールを含む。半導体モジュールの正側端子はヒューズを介して直流正母線に接続され、半導体モジュールの負側端子は直流負母線に接続される。単位インバータユニットの半導体モジュールが故障して短絡状態になった場合は、過電流が流れてヒューズがブローされる。
特開２００７−７４８２３号公報
しかし、従来の無停電電源システムでは、複数の逆変換回路の出力電圧がばらつき、複数の逆変換回路の出力端子間に横流が流れるという問題があった。この対策として、複数の直流母線を短絡し、複数の逆変換回路の入力電圧を均一にすることにより、複数の逆変換回路の出力電圧のばらつきを抑制する方法が考えられる。しかし、この方法では、１台の無停電電源装置の順変換回路などが故障して短絡状態になった場合、他の各無停電電源装置から短絡部に過電流が流れ、他の各無停電電源装置も故障するという問題が想定される。
それゆえに、この発明の主たる目的は、横流が小さく、故障範囲を狭く限定することが可能な電力変換システムを提供することである。
この発明に係る電力変換システムは、負荷に対して並列接続される第１〜第Ｎの電力変換装置と、第１〜第（Ｎ−１）の配線とを備えたものである。Ｎは２以上の整数である。各電力変換装置は、交流電圧を直流電圧に変換する順変換回路と、直流電圧を交流電圧に変換して負荷に与える逆変換回路と、順変換回路から逆変換回路に直流電圧を供給するための直流母線と、直流母線に接続され、直流電圧を平滑化させるコンデンサとを含む。第ｎの配線は、第ｎの電力変換装置の直流母線と第（ｎ＋１）の電力変換装置の直流母線との間に接続される。ｎは１以上で（Ｎ−１）以下の整数である。電力変換システムは、さらに、第１〜第（Ｎ−１）の配線のうちの少なくとも１本の配線に予め定められた値よりも大きな値の電流が流れたことに応じて第１〜第Ｎの電力変換装置の運転を停止させる制御回路を備える。
この発明に係る電力変換システムでは、各２台の電力変換装置の直流母線間を配線によって接続するので、複数の逆変換回路の入力電圧を均一にすることができ、複数の逆変換回路間に流れる横流を抑制することができる。さらに、配線に所定値よりも大きな値の電流が流れた場合に全電力変換装置の運転を停止させるので、１台の電力変換装置が故障した場合に他の各電力変換装置が故障することを防止することができ、故障範囲を狭く限定することができる。
この発明の実施の形態１による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。 図１に示した順変換回路および逆変換回路に含まれる電力変換回路の構成を示す回路図である。 図１に示した双方向チョッパの構成を示す回路図である。 実施の形態１の変更例を示す回路図である。 この発明の実施の形態２による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。 図５に示した順変換回路および逆変換回路に含まれる電力変換回路の構成を示す回路図である。 図５に示した双方向チョッパの構成を示す回路図である。 実施の形態２の変更例を示す回路図である。
[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による無停電電源システム（電力変換システム）の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この無停電電源システムは、交流電源５１と負荷５２の間に並列接続された複数台（図では、３台）の無停電電源装置（電力変換装置）Ｕ１〜Ｕ３を備える。３台の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３に共通に１つのバッテリ５３（電力貯蔵装置）が設けられる。交流電源５１は、商用周波数の三相交流電力を無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３に供給する。負荷５２は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３から供給される商用周波数の三相交流電力によって駆動される。バッテリ５３は、直流電力を蓄える。バッテリ５３の代わりにコンデンサが設けられていても構わない。
無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々は、順変換回路１、逆変換回路２、双方向チョッパ３、制御回路４、直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、およびコンデンサＣ１を含む。順変換回路１は、交流電源５１から供給される三相交流電圧に基づいて正電圧および負電圧を生成する。順変換回路１によって生成された正電圧および負電圧は、それぞれ直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２を介して逆変換回路２に与えられる。コンデンサＣ１は、直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２間に接続され、母線Ｌ１，Ｌ２間の直流電圧を平滑化および安定化させる。
逆変換回路２は、順変換回路１から母線Ｌ１，Ｌ２を介して供給される正電圧および負電圧に基づいて商用周波数の三相交流電圧を生成し、その三相交流電圧を負荷５２に供給する。双方向チョッパ３は、直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２と、バッテリ５３との間に接続される。双方向チョッパ３は、交流電源５１から三相交流電圧が供給されている通常時は、母線Ｌ１，Ｌ２間の直流電圧を降圧してバッテリ５３に供給し、バッテリ５３を充電する。双方向チョッパ３は、交流電源５１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリ５３の端子間電圧を昇圧して母線Ｌ１，Ｌ２間に供給し、バッテリ５３を放電させる。
制御回路４は、交流電源５１から供給される三相交流電圧、母線Ｌ１，Ｌ２間の直流電圧、バッテリ５３の端子間電圧、逆変換回路２から出力される三相交流電圧、逆変換回路２から負荷５２に流れる三相交流電流などの瞬時値に基づいて、順変換回路１、逆変換回路２、および双方向チョッパ３を制御する。
無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の制御回路４は、通信回線５によって互いに結合されており、負荷電流を含む種々の情報を授受する。制御回路４は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の負荷電流の総和を運転中の無停電電源装置Ｕの台数で除算して自装置の分担電流を求め、その分担電流を出力するように自装置を制御する。
さらに、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の制御回路４は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流正母線Ｌ１間に過電流が流れた場合、および無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流負母線Ｌ２間に過電流が流れた場合に、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の運転を停止させる。これについては、後で詳細に説明する。
図２は、順変換回路１および逆変換回路２の各々に含まれる電力変換回路の構成を示す回路図である。図２において、電力変換回路は、交流端子Ｔ１〜Ｔ３、中性点端子Ｔ４、直流端子Ｔ５，Ｔ６、交流フィルタ１０、および半導体モジュール２０を含む。交流端子Ｔ１〜Ｔ３は、三相交流電圧を授受するために用いられる。順変換回路１の中性点端子Ｔ４と逆変換回路２の中性点端子Ｔ４とは、互いに接続される。直流端子Ｔ５，Ｔ６は、それぞれ正電圧および負電圧を授受するために用いられる。
交流フィルタ１０は、リアクトル１１〜１３およびコンデンサ１４〜１６を含む。リアクトル１１〜１３の一方端子はそれぞれ交流端子Ｔ１〜Ｔ３に接続され、それらの他方端子は半導体モジュール２０のノードＮ１〜Ｎ３にそれぞれ接続される。コンデンサ１４〜１６の一方電極はそれぞれ交流端子Ｔ１〜Ｔ３に接続され、それらの他方電極はともに中性点端子Ｔ４に接続される。交流フィルタ１０は、低域通過フィルタであり、商用周波数の三相交流電力を通過させ、半導体モジュール２０で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。
半導体モジュール２０は、トランジスタＱ１〜Ｑ６およびダイオードＤ１〜Ｄ６を含む。トランジスタＱ１〜Ｑ６の各々は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。トランジスタＱ１〜Ｑ３のコレクタはともに直流端子Ｔ５に接続され、それらのエミッタはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続される。トランジスタＱ４〜Ｑ６のコレクタはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続され、それらのエミッタはともに直流端子Ｔ６に接続される。
ダイオードＤ１〜Ｄ６のアノードはそれぞれトランジスタＱ１〜Ｑ６のエミッタに接続され、それらのカソードはそれぞれトランジスタＱ１〜Ｑ６のコレクタに接続される。すなわち、ダイオードＤ１〜Ｄ６は、それぞれトランジスタＱ１〜Ｑ６に逆並列に接続される。トランジスタＱ１〜Ｑ６の各々は、制御回路４によってＰＷＭ（pulse width modulation）制御され、交流電源５１からの三相交流電圧に同期して所定のタイミングでオン／オフされる。たとえば、トランジスタＱ１〜Ｑ３は、三相交流電圧に同期して順次オン／オフされる。トランジスタＱ１〜Ｑ３がオンされている期間ではそれぞれトランジスタＱ４〜Ｑ６がオフされ、トランジスタＱ１〜Ｑ３がオフされている期間ではそれぞれトランジスタＱ４〜Ｑ６がオンされる。
順変換回路１においては、交流端子Ｔ１〜Ｔ３は交流電源５１からの三相交流電圧を受け、直流端子Ｔ５は直流正母線Ｌ１の一方端に接続され、直流端子Ｔ６は直流負母線Ｌ２の一方端に接続される。交流フィルタ１０は、交流電源５１から供給される商用周波数の三相交流電力を半導体モジュール２０に通過させ、半導体モジュール２０で発生するスイッチング周波数の信号が交流電源５１に通過することを防止する。
順変換回路１においては半導体モジュール２０は、交流電源５１から交流フィルタ１０を介して供給される三相交流電圧に基づいて正電圧および負電圧を生成し、生成した正電圧および負電圧をそれぞれ直流端子Ｔ５，Ｔ６に与える２レベルコンバータを構成する。
たとえば、交流端子Ｔ１の電圧が交流端子Ｔ２の電圧よりも高い場合は、トランジスタＱ１，Ｑ５がオンされ、交流端子Ｔ１、リアクトル１１、トランジスタＱ１、直流端子Ｔ５，コンデンサＣ１、直流端子Ｔ６、トランジスタＱ５、リアクトル１２、および交流端子Ｔ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１が充電される。
逆変換回路２においては、交流端子Ｔ１〜Ｔ３は負荷５２に接続され、直流端子Ｔ５は直流正母線Ｌ１の他方端に接続され、直流端子Ｔ６は直流負母線Ｌ２の他方端に接続される。半導体モジュール２０は、順変換回路１または双方向チョッパ３から母線Ｌ１，Ｌ２を介して供給される正電圧および負電圧に基づいて三相交流電圧を生成し、生成した三相交流電圧をそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に出力する２レベルインバータを構成する。半導体モジュール２０で生成される三相交流電圧の各々は、たとえば、正電圧、負電圧、正電圧、…と変化する２レベルの交流電圧である。
たとえば、トランジスタＱ１，Ｑ５がオンされ、直流端子Ｔ５、トランジスタＱ１、リアクトル１１、交流端子Ｔ１、負荷５２、交流端子Ｔ２、リアクトル１２、トランジスタＱ５、および直流端子Ｔ６の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１が放電される。
逆変換回路２においては交流フィルタ１０は、半導体モジュール２０によって生成された商用周波数の三相交流電圧を負荷５２に通過させ、半導体モジュール２０で発生するスイッチング周波数の信号が負荷５２に通過することを防止する。換言すると、逆変換回路２の交流フィルタ１０は、半導体モジュール２０によって生成された三相の２レベル交流電圧を三相の正弦波状の交流電圧に変換して負荷５２に与える。
図３は、双方向チョッパ３の構成を示す回路図である。図３において、双方向チョッパ３は、直流端子Ｔ１１，Ｔ１２、バッテリ端子Ｔ２１，Ｔ２２、トランジスタＱ７，Ｑ８、ダイオードＤ７，Ｄ８、リアクトル２１、およびヒューズＦ１，Ｆ２を含む。直流端子Ｔ１１，Ｔ１２は、それぞれ直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２に接続される。バッテリ端子Ｔ２１，Ｔ２２は、それぞれバッテリ５３の正極および負極に接続される。
トランジスタＱ７，Ｑ８の各々は、たとえばＩＧＢＴである。トランジスタＱ７，Ｑ８は、直流端子Ｔ１１，Ｔ１２間に直列接続される。ダイオードＤ７，Ｄ８は、それぞれトランジスタＱ７，Ｑ８に逆並列に接続される。リアクトル２１およびヒューズＦ１は、トランジスタＱ７のエミッタとバッテリ端子Ｔ２１との間に直列接続される。ヒューズＦ２は、トランジスタＱ８のエミッタとバッテリ端子Ｔ２２との間に接続される。
バッテリ５３を充電する場合は、トランジスタＱ８がオフされるとともにトランジスタＱ７が所定周期でオン／オフされる。トランジスタＱ７がオンされると、コンデンサＣ１の正側電極からトランジスタＱ７、リアクトル２１、ヒューズＦ１、バッテリ５３、ヒューズＦ２を介してコンデンサＣ１の負側電極に電流が流れ、コンデンサＣ１が放電され、リアクトル２１に電磁エネルギーが蓄えられるとともに、バッテリ５３が充電される。トランジスタＱ７がオフされると、リアクトル２１、ヒューズＦ１、バッテリ５３、ヒューズＦ２、およびダイオードＤ８の経路で電流が流れ、リアクトル２１の電磁エネルギーが放出されるとともにバッテリ５３が充電される。
一周期当たりのトランジスタＱ７のオン時間を長くするとバッテリ端子Ｔ２１，Ｔ２２間の電圧が大きくなり、一周期当たりのトランジスタＱ７のオン時間を短くするとバッテリ端子Ｔ２１，Ｔ２２間の電圧が小さくなる。一周期当たりのトランジスタＱ７のオン時間を調整することにより、バッテリ５３の端子間電圧を所望の電圧に調整することが可能となっている。バッテリ５３の端子間電圧は、コンデンサＣ１の端子間電圧よりも低くなる。
バッテリ５３を放電させる場合は、トランジスタＱ７がオフされるとともにトランジスタＱ８が所定周期でオン／オフされる。トランジスタＱ８がオンされると、バッテリ５３の正極からヒューズＦ１、リアクトル２１、トランジスタＱ８、およびヒューズＦ２を介してバッテリ５３の負極に電流が流れ、リアクトル２１に電磁エネルギーが蓄えられる。トランジスタＱ８がオフされると、バッテリ５３の正極からヒューズＦ１、リアクトル２１、ダイオードＤ７、コンデンサＣ１、およびヒューズＦ２を介してバッテリ５３の負極に電流が流れ、バッテリ５３が放電され、リアクトル２１の電磁エネルギーが放出されるとともに、コンデンサＣ１が充電される。
一周期当たりのトランジスタＱ８のオン時間を長くすると直流端子Ｔ１１，Ｔ１２間の電圧が大きくなり、一周期当たりのトランジスタＱ８のオン時間を短くすると直流端子Ｔ１１，Ｔ１２間の電圧が小さくなる。一周期当たりのトランジスタＱ８のオン時間を調整することにより、コンデンサＣ１の端子間電圧を所望の電圧に調整することが可能となっている。コンデンサＣ１の端子間電圧は、バッテリ５３の端子間電圧よりも高くなる。ヒューズＦ１，Ｆ２は、バッテリ５３に過電流が流れた場合にブローされ、バッテリ５３、双方向チョッパ３などを保護する。
図１に戻って、無停電電源システムは、さらに、配線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２および電流検出器ＣＤ１，ＣＤ２を備える。配線Ｌ１１，Ｌ１２の一方端子はそれぞれ無停電電源装置Ｕ１の直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２に接続され、それらの他方端子はそれぞれ無停電電源装置Ｕ２の直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２に接続されている。配線Ｌ２１，Ｌ２２の一方端子はそれぞれ無停電電源装置Ｕ２の直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２に接続され、それらの他方端子はそれぞれ無停電電源装置Ｕ３の直流正母線Ｌ１および直流負母線Ｌ２(図示せず)に接続されている。
配線Ｌ１１，Ｌ２１は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流正母線Ｌ１を互いに接続し、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流正母線Ｌ１の電圧を一致させる。配線Ｌ１２，Ｌ２２は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流負母線Ｌ２を互いに接続し、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流負母線Ｌ２の電圧を一致させる。これにより、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の逆変換回路２の入力電圧を一致させることができ、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の逆変換回路２の出力端子間に流れる横流を小さな値に抑制することができる。
配線Ｌ１１，Ｌ１２の少なくとも一部は互いに近接して設けられ、１つの束にされている。配線Ｌ２１，Ｌ２２の少なくとも一部は近接して設けられ、１つの束にされている。電流検出器ＣＤ１は、配線Ｌ１１，Ｌ１２のうちの束にされている部分において配線Ｌ１１，Ｌ１２に流れる電流を一括して検出し、その検出値を示す信号を無停電電源装置Ｕ１，Ｕ２の制御回路４に与える。電流検出器ＣＤ２は、配線Ｌ２１，Ｌ２２のうちの束にされている部分において配線Ｌ２１，Ｌ２２に流れる電流を一括して検出し、その検出値を示す信号を無停電電源装置Ｕ２，Ｕ３の制御回路４に与える。
無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の制御回路４は、通信回線５によって互いに結合されて１つの総合制御回路を構成している。総合制御回路は、電流検出器ＣＤ１，ＣＤ２の各々の検出値を常時モニタしており、電流検出器ＣＤ１，ＣＤ２のうちの少なくとも１つの電流検出器ＣＤの検出値の絶対値が予め定められた上限値ＩＨを超えた場合は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の運転を停止させる。
すなわち、総合制御回路は、無停電電源装置Ｕ１またはＵ２の順変換回路１、逆変換回路２、双方向チョッパ３などが故障して母線Ｌ１，Ｌ２間が短絡し、無停電電源装置Ｕ１の母線Ｌ１，Ｌ２と無停電電源装置Ｕ２の母線Ｌ１，Ｌ２との間に上限値ＩＨを超える電流が流れた場合に無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の運転を停止させて無停電電源システムを保護する。
たとえば、無停電電源装置Ｕ１の順変換回路１の半導体モジュール２０に含まれるトランジスタＱ１が故障して導通状態に固定された場合にトランジスタＱ４がオンされると、母線Ｌ１，Ｌ２がトランジスタＱ１，Ｑ４によって短絡される。無停電電源装置Ｕ１の母線Ｌ１，Ｌ２が短絡されると、たとえば無停電電源装置Ｕ２のコンデンサＣ１の正側電極から配線Ｌ１１、無停電電源装置Ｕ１の短絡部（トランジスタＱ１，Ｑ４）、配線Ｌ１２を介して無停電電源装置Ｕ２のコンデンサＣ１の負側電極に電流が流れる。さらに、無停電電源装置Ｕ１のコンデンサＣ１の正電極から無停電電源装置Ｕ１のトランジスタＱ１およびリアクトル１１、交流端子Ｔ１、無停電電源装置Ｕ２のリアクトル１１およびトランジスタＱ４、配線Ｌ１２を介して無停電電源装置Ｕ１のコンデンサＣ１の負側電極に電流が流れる。それらの電流が電流検出器ＣＤ１によって一括して検出され、その検出値の絶対値が上限値ＩＨを超えると、総合制御回路によって無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の全てのトランジスタＱ１〜Ｑ７がオフされて電流が遮断され、無停電電源システムが保護される。
同様に、総合制御回路は、無停電電源装置Ｕ２またはＵ３の順変換回路１、逆変換回路２などが故障して母線Ｌ１，Ｌ２間が短絡し、無停電電源装置Ｕ２の母線Ｌ１，Ｌ２と無停電電源装置Ｕ３の母線Ｌ１，Ｌ２との間に上限値ＩＨを超える電流が流れた場合に無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の運転を停止させて無停電電源システムを保護する。したがって、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３のいずれか１つが故障した場合でも、故障の範囲を狭く限定することができる。
無停電電源システムが正常である場合は、配線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２の各々に流れる電流は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々の定格電流よりも十分に小さい。このため、電流検出器ＣＤの検出値の絶対値の上限値ＩＨは、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々の定格電流値よりも小さな値に設定されている。
さらに、３本の直流正母線Ｌ１間を接続する配線Ｌ１１，Ｌ２１の各々の許容電流値は直流正母線Ｌ１の許容電流値よりも小さく、３本の直流負母線Ｌ２間を接続する配線Ｌ１２，Ｌ２２の各々の許容電流値は直流負母線Ｌ２の許容電流値よりも小さい。配線に流れる電流が許容電流値を超えると、配線が発熱する。
次に、この無停電電源システムの動作について説明する。交流電源５１から三相交流電力が正常に供給されている通常時は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々において、交流電源５１からの三相交流電力が順変換回路１によって直流電力に変換される。順変換回路１によって生成された直流電力は、双方向チョッパ３によってバッテリ５３に蓄えられるとともに、逆変換回路２によって三相交流電力に変換されて負荷５２に供給される。
交流電源５１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々において、順変換回路１の運転が停止される。バッテリ５３の直流電力が双方向チョッパ３を介して逆変換回路２に供給され、三相交流電力に変換されて負荷５２に供給される。したがって、バッテリ５３に直流電力が蓄えられている期間は、負荷５２の運転を継続することができる。
この実施の形態１では、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流正母線Ｌ１が配線Ｌ１１，Ｌ２１によって互いに接続され、それらの直流負母線Ｌ２が配線Ｌ１２，Ｌ２２によって互いに接続され、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の逆変換回路２に入力される直流電圧が均一にされているので、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の逆変換回路２の出力端子間に流れる横流が小さな値に抑制される。
１台の無停電電源装置の順変換回路１などが故障して母線Ｌ１，Ｌ２間が短絡された場合は、配線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２のうちの少なくとも１本の配線Ｌに電流が流れ、その電流が電流検出器ＣＤ１またはＣＤ２によって検出され、その検出値の絶対値が上限値ＩＨを超えると総合制御回路によって無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の運転が停止され、全トランジスタＱ１〜Ｑ８がオフされる。したがって、並列接続された３台の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３のうちの１台の無停電電源装置が故障した場合でも、他の無停電電源装置が故障することを防止することができ、無停電電源システムの故障範囲を狭く限定することができる。しかも、２本の配線Ｌｎ１，Ｌｎ２の束に流れる電流を一括して１つの電流検出器ＣＤｎによって検出するので、１本の配線Ｌごとに電流検出器ＣＤを設ける場合に比べ、電流検出器ＣＤの数を減らすことができ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
さらに、電流検出器ＣＤの検出値の絶対値の上限値ＩＨは、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の各々の定格電流値よりも小さな値に設定されている。３本の直流正母線Ｌ１間に接続するための配線Ｌ１１，Ｌ２１の各々の許容電流値は直流正母線Ｌ１の許容電流値よりも小さな値に選択されている。３本の直流負母線Ｌ２間に接続するための配線Ｌ１２，Ｌ２２の各々の許容電流値は直流負母線Ｌ２の許容電流値よりも小さな値に選択されている。したがって、安価で細い配線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２を使用するので、装置の小型化、低コスト化、配線作業の簡単化を図ることができる。
なお、この実施の形態１では、並列接続された３台の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３を備えた無停電電源システムに本願発明が適用された場合について説明したが、これに限るものではなく、本願発明は並列接続されたＮ台の無停電電源装置を備えた無停電電源システムに適用可能であることは言うまでもない。Ｎは２以上の整数である。この場合、第ｎの無停電電源装置Ｕｎの直流正母線Ｌ１と第（ｎ＋１）の無停電電源装置Ｕ（ｎ＋１）の直流正母線Ｌ１との間に配線Ｌｎ１が接続され、第ｎの無停電電源装置Ｕｎの直流負母線Ｌ２と第（ｎ＋１）の無停電電源装置Ｕ（ｎ＋１）の直流負母線Ｌ２との間に配線Ｌｎ２が接続される。電流検出器ＣＤｎは、配線Ｌｎ１，Ｌｎ２の束に流れる電流を検出する。ｎは、１以上で（Ｎ−１）以下の整数である。
さらに、この実施の形態１では、２本の直流正母線Ｌ１間に配線Ｌｎ１を接続するとともに２本の直流負母線Ｌ２間に配線Ｌｎ２を接続し、配線Ｌｎ１，Ｌｎ２の束に流れる電流を電流検出器ＣＤｎによって検出したが、これに限るものではなく、２本の配線Ｌ１ｎ，Ｌｎ２のうちのいずれか１本の配線に流れる電流を電流検出器ＣＤｎによって検出し、その検出値の絶対値が上限値を超えた場合に無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の運転を停止させてもよい。たとえば、２本の直流正母線Ｌ１間の配線Ｌｎ１に流れる電流のみを電流検出器ＣＤｎによって検出しても良いし、逆に、２本の直流負母線Ｌ２間の配線Ｌｎ２に流れる電流のみを電流検出器ＣＤｎによって検出しても良い。
さらに、この実施の形態１では、複数の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３を備えた無停電電源システムについて説明したが、無停電電源装置を電力変換回路、電力変換部、無停電電源回路、または無停電電源部と換言し、無停電電源システムを無停電電源装置と換言しても良いことは言うまでもない。複数の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３は別々の筐体に収容されていてもよいし、複数の無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３が１つの筐体に収容されていても構わない。
図４は、実施の形態１の変更例となる無停電電源システムの電力変換回路の構成を示す回路図であって、図２と対比される図である。図４を参照して、この電力変換回路が図２の電力変換回路と異なる点は、交流フィルタ１０が交流フィルタ１０Ａで置換され、中性点端子Ｔ４が除去されている点である。交流フィルタ１０Ａは、交流フィルタ１０からコンデンサ１４〜１６を除去したものである。交流フィルタ１０Ａは、商用周波数の三相交流電圧を通過させ、半導体モジュール２０で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する低域通過フィルタを構成する。この変更例では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
[実施の形態２]
図５は、この発明の実施の形態２による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図５において、この無停電電源システムは、交流電源５１と負荷５２の間に並列接続される複数台（図では、３台）の無停電電源装置（電力変換装置）Ｕ１１〜Ｕ１３を備える。３台の無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３に共通に１つのバッテリ５３（電力貯蔵装置）が設けられる。交流電源５１は、商用周波数の三相交流電力を無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３に供給する。負荷５２は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３から供給される商用周波数の三相交流電力によって駆動される。バッテリ５３は、直流電力を蓄える。バッテリ５３の代わりにコンデンサが設けられていても構わない。
無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の各々は、順変換回路２１、逆変換回路２２、双方向チョッパ２３、制御回路２４、直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、直流中性点母線Ｌ３、およびコンデンサＣ１１，Ｃ１２を含む。順変換回路２１は、交流電源５１から供給される三相交流電圧に基づいて正電圧、負電圧、および中性点電圧を生成する。順変換回路２１によって生成された正電圧、負電圧、および中性点電圧は、それぞれ直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３を介して逆変換回路２２に与えられる。コンデンサＣ１１は、直流正母線Ｌ１および直流中性点母線Ｌ３間に接続され、母線Ｌ１，Ｌ３間の直流電圧を平滑化および安定化させる。コンデンサＣ１２は、直流中性点母線Ｌ３および直流負母線Ｌ２間に接続され、母線Ｌ２，Ｌ３間の直流電圧を平滑化および安定化させる。
逆変換回路２２は、順変換回路２１から母線Ｌ１〜Ｌ３を介して供給される正電圧、負電圧、および中性点電圧に基づいて三相交流電圧を生成し、その三相交流電圧を負荷５２に供給する。双方向チョッパ２３は、直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３と、バッテリ５３との間に接続される。双方向チョッパ２３は、交流電源５１から三相交流電圧が供給されている通常時は、母線Ｌ１，Ｌ３間の直流電圧および母線Ｌ３，Ｌ２間の直流電圧の各々を降圧してバッテリ５３に供給し、バッテリ５３を充電する。双方向チョッパ２３は、交流電源５１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリ５３の端子間電圧を昇圧して母線Ｌ１，Ｌ３間および母線Ｌ３，Ｌ２間の各々に供給し、バッテリ５３を放電させる。
制御回路２４は、交流電源５１から供給される三相交流電圧、母線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の各々の直流電圧、バッテリ５３の端子間電圧、逆変換回路２２から出力される三相交流電圧、逆変換回路２２から負荷５２に流れる三相交流電流などの瞬時値に基づいて、順変換回路２１、逆変換回路２２、および双方向チョッパ２３を制御する。
無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の制御回路２４は、通信回線５によって互いに結合されており、負荷電流を含む種々の情報を授受する。制御回路２４は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の負荷電流の総和を運転中の無停電電源装置Ｕの台数で除算して自装置の分担電流を求め、その分担電流を出力するように自装置を制御する。さらに、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の制御回路２４は、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流正母線Ｌ１間に過電流が流れた場合、および無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の直流負母線Ｌ２間に過電流が流れた場合に、無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の運転を停止させる。これについては、後で詳細に説明する。
図６は、順変換回路２１および逆変換回路２２の各々に含まれる電力変換回路の構成を示す回路図である。図６において、電力変換回路は、交流端子Ｔ１〜Ｔ３、中性点端子Ｔ４、直流端子Ｔ５〜Ｔ７、交流フィルタ１０、および半導体モジュール２５を含む。交流端子Ｔ１〜Ｔ３は、三相交流電圧を授受するために用いられる。順変換回路２１の中性点端子Ｔ４と逆変換回路２２の中性点端子Ｔ４とは互いに接続される。直流端子Ｔ５〜Ｔ７は、それぞれ正電圧、負電圧、および中性点電圧を授受するために用いられる。中性点電圧は、正電圧と負電圧の中間電圧である。
交流フィルタ１０は、図２で示した通りである。交流フィルタ１０は、低域通過フィルタであり、商用周波数の三相交流電力を通過させ、半導体モジュール２５で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。交流フィルタ１０の代わりに図３の交流フィルタ１０Ａを設けても構わない。
半導体モジュール２５は、トランジスタＱ１１〜Ｑ１６、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６、および交流スイッチＳ１〜Ｓ３を含む。トランジスタＱ１１〜Ｑ１６の各々は、たとえばＮチャネルＭＯＳトランジスタである。トランジスタＱ１１〜Ｑ１３のドレインはともに直流端子Ｔ５に接続され、それらのソースはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続される。トランジスタＱ１４〜Ｑ１６のドレインはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続され、それらのエミッタはともに直流端子Ｔ６に接続される。
ダイオードＤ１１〜Ｄ１６のアノードはそれぞれトランジスタＱ１１〜Ｑ１６のソースに接続され、それらのカソードはそれぞれトランジスタＱ１１〜Ｑ１６のドレインに接続される。すなわち、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれトランジスタＱ１１〜Ｑ１６に逆並列に接続される。
交流スイッチＳ１〜Ｓ３の各々は、トランジスタＱ１７，Ｑ１８およびダイオードＤ１７，Ｄ１８を含む。トランジスタＱ１７，Ｑ１８の各々は、たとえばＩＧＢＴである。スイッチＳ１〜Ｓ３のトランジスタＱ１７のエミッタはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続され、スイッチＳ１〜Ｓ３のトランジスタＱ１８のエミッタはともに直流端子Ｔ７に接続される。スイッチＳ１〜Ｓ３の各々において、トランジスタＱ１７，Ｑ１８のコレクタは互いに接続され、ダイオードＤ１７，Ｄ１８はそれぞれトランジスタＱ１７，Ｑ１８に逆並列に接続される。
トランジスタＱ１１〜Ｑ１８の各々は、制御回路２４によってＰＷＭ制御され、交流電源５１からの三相交流電圧に同期して所定のタイミングでオン／オフされる。たとえば、トランジスタＱ１１〜Ｑ１３は、三相交流電圧に同期して順次オン／オフされる。トランジスタＱ１１〜Ｑ１３がオンされている期間ではそれぞれトランジスタＱ１４〜Ｑ１６がオフされ、トランジスタＱ１１〜Ｑ１３がオフされている期間ではそれぞれトランジスタＱ１４〜Ｑ１６がオンされる。
順変換回路２１においては、交流端子Ｔ１〜Ｔ３は交流電源５１からの三相交流電圧を受け、直流端子Ｔ５は直流正母線Ｌ１の一方端に接続され、直流端子Ｔ６は直流負母線Ｌ２の一方端に接続され、直流端子Ｔ７は直流中性点母線Ｌ３の一方端に接続される。交流フィルタ１０は、交流電源５１から供給される商用周波数の三相交流電力を半導体モジュール２５に通過させ、半導体モジュール２５で発生するスイッチング周波数の信号が交流電源５１に通過することを防止する。
順変換回路２１においては半導体モジュール２５は、交流電源５１から交流フィルタ１０を介して供給される三相交流電圧に基づいて正電圧、負電圧、および中性点電圧を生成し、生成した正電圧、負電圧、および中性点電圧をそれぞれ直流端子Ｔ５〜Ｔ７に与える３レベルコンバータを構成する。
たとえば、交流端子Ｔ１の電圧が交流端子Ｔ２の電圧よりも高い場合は、トランジスタＱ１１およびスイッチＳ２のトランジスタＱ１７，Ｑ１８がオンされ、交流端子Ｔ１、交流フィルタ１０（リアクトル１１）、トランジスタＱ１１、直流端子Ｔ５，コンデンサＣ１１、直流端子Ｔ７、スイッチＳ２（トランジスタＱ１８，Ｑ１７）、交流フィルタ１０（リアクトル１２）、および交流端子Ｔ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１１が充電される。
交流端子Ｔ１の電圧が交流端子Ｔ３の電圧よりも高い場合は、スイッチＳ１のトランジスタＱ１７，Ｑ１８およびトランジスタＱ１６がオンされ、交流端子Ｔ１、交流フィルタ１０（リアクトル１１）、スイッチＳ１（トランジスタＱ１７，Ｑ１８）、直流端子Ｔ７，コンデンサＣ１２、直流端子Ｔ６、トランジスタＱ１６、交流フィルタ１０（リアクトル１３）、および交流端子Ｔ３の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１２が充電される。
逆変換回路２２においては、交流端子Ｔ１〜Ｔ３は負荷５２に接続され、直流端子Ｔ５は直流正母線Ｌ１の他方端に接続され、直流端子Ｔ６は直流負母線Ｌ２の他方端に接続され、直流端子Ｔ７は直流中性点母線Ｌ３の他方端に接続される。半導体モジュール２５は、順変換回路２１または双方向チョッパ２３から母線Ｌ１〜Ｌ３を介して供給される正電圧、負電圧、および中性点電圧に基づいて三相交流電圧を生成し、生成した三相交流電圧をそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に出力する３レベルインバータを構成する。半導体モジュール２５で生成される三相交流電圧の各々は、たとえば、正電圧、中性点電圧、負電圧、中性点電圧、正電圧、…と変化する３レベルの交流電圧である。
たとえば、トランジスタＱ１１およびスイッチＳ２のトランジスタＱ１７，Ｑ１８がオンされ、直流端子Ｔ５、トランジスタＱ１１、交流フィルタ１０（リアクトル１１）、交流端子Ｔ１、負荷５２、交流端子Ｔ２、交流フィルタ１０（リアクトル１２）、スイッチＳ２（トランジスタＱ１７，Ｑ１８）、および直流端子Ｔ７の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１１が放電される。
スイッチＳ１のトランジスタＱ１７，Ｑ１８およびトランジスタＱ１６がオンされ、直流端子Ｔ７、スイッチＳ１（トランジスタＱ１８，Ｑ１７）、交流フィルタ１０（リアクトル１１）、交流端子Ｔ１、負荷５２、交流端子Ｔ３、交流フィルタ１０（リアクトル１３）、トランジスタＱ１６、および直流端子Ｔ６の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１２が放電される。
逆変換回路２２においては交流フィルタ１０は、半導体モジュール２５によって生成された商用周波数の三相交流電圧を負荷５２に通過させ、半導体モジュール２０で発生するスイッチング周波数の信号が負荷５２に通過することを防止する。換言すると、逆変換回路２２の交流フィルタ１０は、半導体モジュール２５によって生成された三相の３レベル交流電圧を三相の正弦波状の交流電圧に変換して負荷５２に与える。
図７は、双方向チョッパ２３の構成を示す回路図である。図７において、双方向チョッパ２３は、直流端子Ｔ１１〜Ｔ１３、バッテリ端子Ｔ２１，Ｔ２２、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４、ノーマルモードリアクトル３０、およびヒューズＦ１，Ｆ２を含む。ノーマルモードリアクトル３０は、２つのコイル３１，３２を含む。直流端子Ｔ１１〜Ｔ１３は、それぞれ直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３にそれぞれ接続される。バッテリ端子Ｔ２１，Ｔ２２は、それぞれバッテリ５３の正極および負極に接続される。
トランジスタＱ２１〜Ｑ２４の各々は、たとえばＩＧＢＴである。トランジスタＱ２１，Ｑ２２は直流端子Ｔ１１，Ｔ１３間に直列接続され、トランジスタＱ２３，Ｑ２４は直流端子Ｔ１３，Ｔ１２間に直列接続される。ダイオードＤ２１〜Ｄ２４は、それぞれトランジスタＱ２１〜Ｑ２４に逆並列に接続される。
コイル３１の一方端子はトランジスタＱ２１のエミッタに接続され、その他方端子はヒューズＦ１を介してバッテリ端子Ｔ２１に接続される。コイル３２の一方端子はヒューズＦ２を介してバッテリ端子Ｔ２２に接続され、その他方端子はトランジスタＱ２３のエミッタに接続される。ヒューズＦ１，Ｆ２は、過電流が流れた場合にブローされ、バッテリ５３、双方向チョッパ２３などを保護する。
第１バッテリ充電モードでは、トランジスタＱ２２〜Ｑ２４がオフされるとともにトランジスタＱ２１がオンされる。これにより、直流端子Ｔ１１からトランジスタＱ２１、コイル３１、ヒューズＦ１、バッテリ５３、ヒューズＦ２、コイル３２、およびダイオードＤ２３を介して直流端子Ｔ１３に電流が流れ、コンデンサＣ１１が放電されてバッテリ５３が充電される。
第２バッテリ充電モードでは、トランジスタＱ２２，Ｑ２３がオフされるとともにトランジスタＱ２１，Ｑ２４がオンされる。これにより、直流端子Ｔ１１からトランジスタＱ２１、コイル３１、ヒューズＦ１、バッテリ５３、ヒューズＦ２、コイル３２、およびトランジスタＱ２４を介して直流端子Ｔ１２に電流が流れ、コンデンサＣ１１，Ｃ１２が放電されてバッテリ５３が充電される。
第３バッテリ充電モードでは、トランジスタＱ２１〜Ｑ２３がオフされるとともにトランジスタＱ２４がオンされる。これにより、直流端子Ｔ１３からダイオードＤ２２、コイル３１、ヒューズＦ１、バッテリ５３、ヒューズＦ２、コイル３２、およびトランジスタＱ２４を介して直流端子Ｔ１２に電流が流れ、コンデンサＣ１２が放電されてバッテリ５３が充電される。
第１バッテリ充電モードと第３バッテリ充電モードは、交互に行なわれる。第１バッテリ充電モードと第３バッテリ充電モードの間の期間では、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４がオフされ、コイル３１，３２に蓄えられた電磁エネルギーが放出されて、ダイオードＤ２２、コイル３１、ヒューズＦ１、バッテリ５３、ヒューズＦ２、コイル３２、およびダイオードＤ２３の経路に電流が流れ、バッテリ５３が充電される。第２バッテリ充電モードは、第１バッテリ充電モードと第３バッテリ充電モードが重なっているモードである。
第１バッテリ放電モードでは、トランジスタＱ２１，Ｑ２３，Ｑ２４がオフされるとともにトランジスタＱ２２がオンされる。これにより、バッテリ５３の正極からヒューズＦ１、コイル３１、トランジスタＱ２２、コンデンサＣ１２、ダイオードＤ２４、コイル３２、およびヒューズＦ２を介してバッテリ５３の負極に電流が流れ、バッテリ５３が放電されてコンデンサＣ１２が充電される。
第２バッテリ放電モードでは、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４がオフされる。これにより、バッテリ５３の正極からヒューズＦ１、コイル３１、ダイオードＤ２１、コンデンサＣ１１，Ｃ１２、ダイオードＤ２４、コイル３２、およびヒューズＦ２を介してバッテリ５３の負極に電流が流れ、コイル３１，３２に蓄えられた電磁エネルギーが放出されるとともにバッテリ５３が放電されてコンデンサＣ１１，Ｃ１２が充電される。
第３バッテリ放電モードでは、トランジスタＱ２１，Ｑ２２，Ｑ２４がオフされるとともにトランジスタＱ２３がオンされる。これにより、バッテリ５３の正電極からヒューズＦ１、コイル３１、ダイオードＤ２１、コンデンサＣ１１、トランジスタＱ２３、コイル３２、およびヒューズＦ２を介してバッテリ５３の負電極に電流が流れ、バッテリ５３が放電されてコンデンサＣ１１が充電される。
第１バッテリ放電モードと第３バッテリ放電モードは、交互に行なわれる。第１バッテリ放電モードと第３バッテリ放電モードの間の期間において、直流端子Ｔ１１，Ｔ１２間の電圧がバッテリ５３の端子間電圧よりも低下している場合は、第２バッテリ放電モードが行なわれる。
図５に戻って、無停電電源システムは、さらに、配線Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３および電流検出器ＣＤ１，ＣＤ２を備える。配線Ｌ１１〜Ｌ１３の一方端子はそれぞれ無停電電源装置Ｕ１１の直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３に接続され、それらの他方端子はそれぞれ無停電電源装置Ｕ１２の直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３に接続されている。配線Ｌ２１〜Ｌ２３の一方端子はそれぞれ無停電電源装置Ｕ２の直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３に接続され、それらの他方端子はそれぞれ無停電電源装置Ｕ１３の直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３(図示せず)に接続されている。
配線Ｌ１１，Ｌ２１は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流正母線Ｌ１を互いに接続し、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流正母線Ｌ１の電圧を一致させる。配線Ｌ１２，Ｌ２２は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流負母線Ｌ２を互いに接続し、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流負母線Ｌ２の電圧を一致させる。配線Ｌ１３，Ｌ２３は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流中性点母線Ｌ３を互いに接続し、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流中性点母線Ｌ３の電圧を一致させる。これにより、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の逆変換回路２２の入力電圧を一致させることができ、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の逆変換回路２２の出力端子間に流れる横流を小さな値に抑制することができる。
配線Ｌ１１〜Ｌ１３の少なくとも一部は互いに近接して設けられ、１つの束にされている。配線Ｌ２１〜Ｌ２３の少なくとも一部は近接して設けられ、１つの束にされている。電流検出器ＣＤ１は、配線Ｌ１１〜Ｌ１３のうちの束にされている部分において配線Ｌ１１〜Ｌ１３に流れる電流を一括して検出し、その検出値を示す信号を無停電電源装置Ｕ１，Ｕ２の制御回路４に与える。電流検出器ＣＤ２は、配線Ｌ２１〜Ｌ２３のうちの束にされている部分において配線Ｌ２１〜Ｌ２３に流れる電流を一括して検出し、その検出値を示す信号を無停電電源装置Ｕ１２，Ｕ１３の制御回路２４に与える。
無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の制御回路２４は、通信回線５によって互いに結合されて１つの総合制御回路を構成している。総合制御回路は、電流検出器ＣＤ１，ＣＤ２の各々の検出値を常時モニタしており、電流検出器ＣＤ１，ＣＤ２のうちの少なくとも１つの電流検出器ＣＤの検出値の絶対値が予め定められた上限値ＩＨを超えた場合は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の運転を停止させる。
すなわち、総合制御回路は、無停電電源装置Ｕ１１またはＵ１２の順変換回路２１、逆変換回路２２、双方向チョッパ２３などが故障して母線Ｌ１〜Ｌ３のうちの少なくとも２本の母線間が短絡し、無停電電源装置Ｕ１の母線Ｌ１〜Ｌ３と無停電電源装置Ｕ２の母線Ｌ１〜Ｌ３との間に上限値ＩＨを超える電流が流れた場合に無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の運転を停止させて無停電電源システムを保護する。
たとえば、無停電電源装置Ｕ１１の順変換回路２１の半導体モジュール２５に含まれるトランジスタＱ１１が故障して導通状態に固定された場合にトランジスタＱ１４がオンされると、母線Ｌ１，Ｌ３間がトランジスタＱ１１，Ｑ１４によって短絡される。無停電電源装置Ｕ１１の母線Ｌ１，Ｌ３間が短絡されると、たとえば無停電電源装置Ｕ１２のコンデンサＣ１１の正側電極から配線Ｌ１１、無停電電源装置Ｕ１１の短絡部（トランジスタＱ１１，Ｑ１４）、配線Ｌ１２を介して無停電電源装置Ｕ１２のコンデンサＣ１２の負側電極に電流が流れる。さらに、無停電電源装置Ｕ１１のコンデンサＣ１１の正電極から無停電電源装置Ｕ１１のトランジスタＱ１１およびリアクトル１１、交流端子Ｔ１、無停電電源装置Ｕ１２のリアクトル１１およびトランジスタＱ１４、配線Ｌ１２を介して無停電電源装置Ｕ１１のコンデンサＣ１の負側電極に電流が流れる。それらの電流が電流検出器ＣＤ１によって一括して検出され、その電流が電流検出器ＣＤ１によって検出され、その検出値の絶対値が上限値ＩＨを超えると、総合制御回路によって無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の全てのトランジスタＱ１１〜Ｑ１８，Ｑ２１〜Ｑ２４がオフされて電流が遮断され、無停電電源システムが保護される。
同様に、総合制御回路は、無停電電源装置Ｕ１２またはＵ１３の順変換回路２１、逆変換回路２２、双方向チョッパ２３などが故障して母線Ｌ１，Ｌ２間が短絡し、無停電電源装置Ｕ１２の母線Ｌ１〜Ｌ３と無停電電源装置Ｕ１３の母線Ｌ１〜Ｌ３との間に上限値ＩＨを超える電流が流れた場合に無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の運転を停止させて無停電電源システムを保護する。したがって、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３のいずれか１つが故障した場合でも、故障の範囲を狭く限定することができる。
無停電電源システムが正常である場合は、配線Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３の各々に流れる電流は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の各々の定格電流よりも十分に小さい。このため、電流検出器ＣＤの検出値の絶対値の上限値ＩＨは、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の各々の定格電流値よりも小さな値に設定されている。
さらに、３本の直流正母線Ｌ１間を接続する配線Ｌ１１，Ｌ２１の各々の許容電流値は、直流正母線Ｌ１の許容電流値よりも小さな値に選択されている。３本の直流負母線Ｌ２間を接続する配線Ｌ１２，Ｌ２２の各々の許容電流値は、直流負母線Ｌ２の許容電流値よりも小さな値に選択されている。３本の直流中性点母線Ｌ３間に接続する配線Ｌ１３，Ｌ２３の各々の許容電流値は、直流中性点母線Ｌ３の許容電流値よりも小さな値に選択されている。配線に流れる電流が許容電流値を超えると、配線が発熱する。
次に、この無停電電源システムの動作について説明する。交流電源５１から三相交流電力が正常に供給されている通常時は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の各々において、交流電源５１からの三相交流電力が順変換回路２１によって直流電力に変換される。順変換回路２１によって生成された直流電力は、双方向チョッパ２３によってバッテリ５３に蓄えられるとともに、逆変換回路２２によって三相交流電力に変換されて負荷５２に供給される。
交流電源５１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の各々において、順変換回路２１の運転が停止される。バッテリ５３の直流電力が双方向チョッパ２３を介して逆変換回路２２に供給され、三相交流電力に変換されて負荷５２に供給される。したがって、バッテリ５３に直流電力が蓄えられている期間は、負荷５２の運転を継続することができる。
この実施の形態２では、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の直流正母線Ｌ１が互いに接続され、それらの直流負母線Ｌ２が互いに接続され、それらの直流中性点母線Ｌ３が互いに接続され、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の逆変換回路２２に入力される直流電圧が均一にされているので、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の逆変換回路２２の出力端子間に流れる横流が小さな値に抑制される。
さらに、１台の無停電電源装置の順変換回路２１が故障して３本の母線Ｌ１〜Ｌ３のうちの少なくとも２本の母線間が短絡された場合は、配線Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３のうちの少なくとも１本の配線Ｌに電流が流れ、その電流が電流検出器ＣＤ１またはＣＤ２によって検出され、その検出値の絶対値が上限値ＩＨを超えると総合制御回路によって無停電電源装置Ｕ１〜Ｕ３の運転が停止され、全トランジスタＱ１１〜Ｑ１８，Ｑ２１〜Ｑ２４がオフされる。したがって、並列接続された３台の無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３のうちの１台の無停電電源装置が故障した場合でも、他の無停電電源装置が故障することを防止することができ、無停電電源システムの故障範囲を狭く限定することができる。しかも、３本の配線Ｌｎ１〜Ｌｎ３の束に流れる電流を一括して１つの電流検出器ＣＤｎによって検出するので、１本の配線Ｌ毎に電流検出器ＣＤを設ける場合に比べ、電流検出器ＣＤの数を減らすことができ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
さらに、電流検出器ＣＤの検出値の絶対値の上限値ＩＨは、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の各々の定格電流値よりも小さな値に設定されている。３本の直流正母線Ｌ１間を接続する配線Ｌ１１，Ｌ２１の各々の許容電流値は直流正母線Ｌ１の許容電流値よりも小さな値に選択されている。３本の直流負母線Ｌ２間を接続する配線Ｌ１２，Ｌ２２の各々の許容電流値は直流負母線Ｌ２の許容電流値よりも小さな値に選択されている。３本の直流中性点母線Ｌ３間を接続する配線Ｌ１３，Ｌ２３の各々の許容電流値は直流中性点母線Ｌ３の許容電流値よりも小さな値に選択されている。したがって、安価で細い配線Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３を使用するので、装置の小型化、低コスト化、配線作業の簡単化を図ることができる。
なお、この実施の形態２では、並列接続された３台の無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３を備えた無停電電源システムに本願発明が適用された場合について説明したが、これに限るものではなく、本願発明は並列接続されたＮ台の無停電電源装置を備えた無停電電源システムに適用可能であることは言うまでもない。Ｎは２以上の整数である。この場合、第ｎの無停電電源装置Ｕ１ｎの直流正母線Ｌ１と第（ｎ＋１）の無停電電源装置Ｕ１（ｎ＋１）の直流正母線Ｌ１との間に配線Ｌｎ１が接続され、第ｎの無停電電源装置Ｕｎの直流負母線Ｌ２と第（ｎ＋１）の無停電電源装置Ｕ（ｎ＋１）の直流負母線Ｌ２との間に配線Ｌｎ２が接続され、第ｎの無停電電源装置Ｕｎの直流中性点母線Ｌ３と第（ｎ＋１）の無停電電源装置Ｕ（ｎ＋１）の直流中性点母線Ｌ３との間に配線Ｌｎ３が接続される。電流検出器ＣＤｎは、配線Ｌｎ１〜Ｌｎ３の束に流れる電流を検出し、検出値を示す信号を出力する。ｎは１以上で（Ｎ−１）以下の整数である。
さらに、この実施の形態２では、２本の直流正母線Ｌ１間に配線Ｌｎ１を接続し、２本の直流負母線Ｌ２間に配線Ｌｎ２を接続し、２本の直流中性点母線Ｌ３間に配線Ｌｎ３を接続し、配線Ｌｎ１〜Ｌｎ３の束に流れる電流を電流検出器ＣＤｎによって検出したが、これに限るものではなく、３本の配線Ｌ１ｎ〜Ｌｎ３のうちのいずれか２本の配線に流れる電流を電流検出器ＣＤｎによって検出し、その検出値の絶対値が上限値を超えた場合に無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の運転を停止させてもよい。たとえば、２本の配線Ｌｎ１，Ｌｎ２に流れる電流のみを電流検出器ＣＤｎによって検出しても良いし、２本の配線Ｌｎ２，Ｌｎ３に流れる電流のみを電流検出器ＣＤｎによって検出しても良いし、２本の配線Ｌｎ３，Ｌｎ１に流れる電流のみを電流検出器ＣＤｎによって検出しても良い。
さらに、この実施の形態２では、複数の無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３を備えた無停電電源システムについて説明したが、無停電電源装置を電力変換回路、電力変換部、無停電電源回路、または無停電電源部と換言し、無停電電源システムを無停電電源装置と換言しても良いことは言うまでもない。複数の無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３は別々の筐体に収容されていてもよいし、複数の無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３が１つの筐体に収容されていても構わない。
図８は、実施の形態２の変更例となる無停電電源システムの要部を示す回路ブロック図であって、図６と対比される図である。この変更例が実施の形態２と異なる点は、無停電電源装置Ｕ１１〜Ｕ１３の各々の順変換回路２１が順変換回路３５で置換されている点である。図８において、順変換回路３５は、交流端子Ｔ１〜Ｔ３、中性点端子Ｔ４、直流端子Ｔ５〜Ｔ７、交流フィルタ１０、および半導体モジュール３６を含む。交流端子Ｔ１〜Ｔ３は、交流電源５１から供給される三相交流電圧を受ける。中性点端子Ｔ４は、逆変換回路２２の中性点端子Ｔ４に接続される。直流端子Ｔ５〜Ｔ７は、それぞれ直流正母線Ｌ１、直流負母線Ｌ２、および直流中性点母線Ｌ３の一方端に接続される。
交流フィルタ１０は、図２で示した通りである。交流フィルタ１０は、低域通過フィルタであり、交流電源５１から供給される商用周波数の三相交流電力を半導体モジュール３６に通過させ、半導体モジュール３６で発生するスイッチング周波数の信号が交流電源５１側に通過することを防止する。交流フィルタ１０の代わりに図３の交流フィルタ１０Ａを設けても構わない。
半導体モジュール３６は、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６および交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３を含む。ダイオードＤ１１〜Ｄ１３のアノードはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続され、それらのカソードはともに直流端子Ｔ５に接続される。ダイオードＤ１４〜Ｄ１６のアノードはともに直流端子Ｔ６に接続され、それらのカソードはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続される。
交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３の各々は、トランジスタＱ３１およびダイオードＤ３１〜Ｄ３４を含む。交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３のダイオードＤ３１のアノードはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続され、それらのダイオードＤ３２のアノードはともに直流端子Ｔ７に接続される。交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３のダイオードＤ３３のカソードはそれぞれノードＮ１〜Ｎ３に接続され、それらのダイオードＤ３４のカソードはともに直流端子Ｔ７に接続される。交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３の各々において、ダイオードＤ３１，Ｄ３２のカソードは互いに接続され、ダイオードＤ３３，Ｄ３４のアノードは互いに接続され、トランジスタＱ３１のドレインはダイオードＤ３１，Ｄ３２のカソードに接続され、トランジスタＱ３１のソースはダイオードＤ３３，Ｄ３４のアノードに接続される。
交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３のトランジスタＱ３１の各々は、制御回路２４によってＰＷＭ制御され、交流電源５１からの三相交流電圧に同期して所定のタイミングでオン／オフされる。たとえば、交流スイッチＳ１１〜Ｓ１３のトランジスタＱ３１は、三相交流電圧に同期して順次オン／オフされる。半導体モジュール３６は、交流電源５１から交流フィルタ１０を介して供給される三相交流電圧に基づいて正電圧、負電圧、および中性点電圧を生成し、生成した正電圧、負電圧、および中性点電圧をそれぞれ直流端子Ｔ５〜Ｔ７に与える３レベルコンバータを構成する。
たとえば、交流端子Ｔ１の電圧が交流端子Ｔ２の電圧よりも高い場合は、スイッチＳ１２のトランジスタＱ３１がオンされ、交流端子Ｔ１、交流フィルタ１０（リアクトル１１）、ダイオードＤ１１、直流端子Ｔ５、コンデンサＣ１１、直流端子Ｔ７、交流スイッチＳ２（ダイオードＤ３２、トランジスタＱ３１、ダイオードＤ３３）、交流フィルタ１０（リアクトル１２）、および交流端子Ｔ２の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１１が充電される。
交流端子Ｔ１の電圧が交流端子Ｔ３の電圧よりも高い場合は、スイッチＳ１のトランジスタＱ３１がオンされ、交流端子Ｔ１、交流フィルタ１０（リアクトル１１）、スイッチＳ１１（ダイオードＤ３１、トランジスタＱ３１、ダイオードＤ３４）、直流端子Ｔ７，コンデンサＣ１２、直流端子Ｔ６、ダイオードＤ１６、交流フィルタ１０（リアクトル１３）、および交流端子Ｔ３の経路で電流が流れ、コンデンサＣ１２が充電される。
他の構成および動作は実施の形態２と同じであるので、その説明は繰り返さない。この変更例では、実施の形態２と同じ効果が得られる他、順変換回路３５の構成および制御を簡単化することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Ｕ１〜Ｕ３，Ｕ１１〜Ｕ１３ 無停電電源装置、１，２１，３５ 順変換回路、２，２２ 逆変換回路、３，２３ 双方向チョッパ、４，２４ 制御回路、５ 通信回線、Ｌ１ 直流正母線、Ｌ２ 直流負母線、Ｌ３ 直流中性点母線、Ｃ１，Ｃ１１，Ｃ１２，１４〜１６ コンデンサ、Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３ 配線、ＣＤ１，ＣＤ２ 電流検出器、Ｔ１〜Ｔ３ 交流端子、Ｔ４ 中性点端子、Ｔ５〜Ｔ７，Ｔ１１〜Ｔ１３ 直流端子、Ｔ２１，Ｔ２２ バッテリ端子、１０，１０Ａ 交流フィルタ、１１〜１３，２１ リアクトル、２０，２５，３６ 半導体モジュール、Ｑ１〜Ｑ８，Ｑ１１〜Ｑ１８，Ｑ２１〜Ｑ２４，Ｑ３１ トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ１１〜Ｄ１８，Ｄ２１〜Ｄ２４，Ｄ３１〜Ｄ３４ ダイオード、Ｆ１，Ｆ２ ヒューズ、Ｓ１〜Ｓ３，Ｓ１１〜Ｓ１３ 交流スイッチ、３０ ノーマルモードリアクトル、３１，３２ コイル。

Claims (9)

  1. 電力変換システムであって、
    負荷に対して並列接続される第１〜第Ｎの電力変換装置と、
    第１〜第（Ｎ−１）の配線とを備え、Ｎは２以上の整数であり、
    各電力変換装置は、
    交流電圧を直流電圧に変換する順変換回路と、
    直流電圧を交流電圧に変換して前記負荷に与える逆変換回路と、
    前記順変換回路から前記逆変換回路に直流電圧を供給するための直流母線と、
    前記直流母線に接続され、直流電圧を平滑化させるコンデンサとを含み、
    第ｎの配線は、第ｎの電力変換装置の前記直流母線と第（ｎ＋１）の電力変換装置の前記直流母線との間に接続され、ｎは１以上で（Ｎ−１）以下の整数であり、
    前記電力変換システムは、さらに、前記第１〜第（Ｎ−１）の配線のうちの少なくとも１本の配線に予め定められた値よりも大きな値の電流が流れたことに応じて前記第１〜第Ｎの電力変換装置の運転を停止させる制御回路を備える、電力変換システム。
  2. 前記第ｎまたは第（ｎ＋１）の電力変換装置が故障した場合に前記予め定められた値よりも大きな値の電流が前記第ｎの配線に流れる、請求項１に記載の電力変換システム。
  3. 前記予め定められた値は、前記第ｎおよび第（ｎ＋１）の電力変換装置の各々の定格電流値よりも小さい、請求項１または請求項２に記載の電力変換システム。
  4. 前記第１〜第（Ｎ−１）の配線の各々の許容電流値は前記直流母線の許容電流値よりも小さい、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電力変換システム。
  5. さらに、それぞれ前記第１〜第（Ｎ−１）の配線に対応して設けられ、各々が対応の配線に流れる電流を検出し、検出値を示す信号を出力する第１〜第（Ｎ−１）の電流検出器を備え、
    前記制御回路は、前記第１〜第（Ｎ−１）の電流検出器のうちの少なくとも１つの電流検出器の出力信号によって示される検出値が前記予め定められた値を超えたことに応じて前記第１〜第Ｎの電力変換装置の運転を停止させる、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の電力変換システム。
  6. 各電力変換装置は２本の直流母線を含み、
    前記コンデンサは前記２本の直流母線の間に接続され、
    前記順変換回路は、直流電圧として正電圧および負電圧を生成し、生成した前記正電圧および前記負電圧をそれぞれ前記２本の直流母線を介して前記逆変換回路に与え、
    前記逆変換回路は、前記正電圧および前記負電圧に基づいて交流電圧を生成し、生成した交流電圧を前記負荷に与え、
    前記電力変換システムは２組の第１〜第（Ｎ−１）の配線を備え、
    ２本の第ｎの配線の一方端は前記第ｎの電力変換装置の前記２本の直流母線にそれぞれ接続され、前記２本の第ｎの配線の他方端は前記第（ｎ＋１）の電力変換装置の前記２本の直流母線にそれぞれ接続され、
    第ｎの電流検出器は、前記２本の第ｎの配線の束に流れる電流を検出し、検出値を示す信号を出力する、請求項５に記載の電力変換システム。
  7. 各電力変換装置は３本の直流母線と２つのコンデンサを含み、
    前記順変換回路は、直流電圧として正電圧、中性点電圧、および負電圧を生成し、生成した前記正電圧、前記中性点電圧、および前記負電圧をそれぞれ前記３本の直流母線を介して前記逆変換回路に与え、
    前記逆変換回路は、前記正電圧、前記中性点電圧、および前記負電圧に基づいて交流電圧を生成し、生成した交流電圧を前記負荷に与え、
    前記２つのコンデンサの一方電極は前記正電圧および前記中性点電圧を供給するための２本の直流母線にそれぞれ接続され、前記２つのコンデンサの他方電極は前記中性点電圧および前記負電圧を供給するための２本の直流母線にそれぞれ接続され、
    前記電力変換システムは３組の第１〜第（Ｎ−１）の配線を備え、
    ３本の第ｎの配線の一方端は前記第ｎの電力変換装置の前記３本の直流母線にそれぞれ接続され、前記３本の第ｎの配線の他方端は前記第（ｎ＋１）の電力変換装置の前記３本の直流母線にそれぞれ接続され、
    第ｎの電流検出器は、前記３本の第ｎの配線の束に流れる電流を検出し、検出値を示す信号を出力する、請求項５に記載の電力変換システム。
  8. 交流電源から交流電力が供給されている通常時は、前記交流電源からの交流電力が前記順変換回路によって直流電力に変換され、その直流電力が電力貯蔵装置に供給されるとともに前記逆変換回路によって交流電力に変換されて前記負荷に供給され、
    前記交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、前記電力貯蔵装置の直流電力が前記逆変換回路によって交流電力に変換されて前記負荷に供給される、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の電力変換システム。
  9. 各前記電力変換装置は、さらに、前記通常時は、前記順変換回路によって生成された直流電力を前記電力貯蔵装置に供給し、前記停電時は、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記逆変換回路に供給する双方向チョッパを含む、請求項８に記載の電力変換システム。
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