无断电电源装置和无断电电源装置的选择切断方法转让专利
申请号 : CN200910207718.7
文献号 : CN101728857A
文献日 : 2010-06-09
发明人 : 小松崎义浩
申请人 : TDK兰达有限公司
摘要 :
本发明提供无断电电源装置和无断电电源装置的选择切断方法，该无断电电源装置能够独立地进行本机的故障判定，且能够在比交流输出的一周期短的时间内准确地进行选择切断；该无断电电源装置，将直流电压变换为交流电压后供给于负载设备；而且，设有使用本机内的电压和电流的瞬时值来识别成为本机的内阻抗的内电阻(23)的电阻值，并捕捉该值的异常变动而进行故障判定的控制部(4)；另外，内阻抗的识别以利用系统识别部(27)而进行为佳。
权利要求 :
1.一种无断电电源装置，将直流电压变换为交流电压后供给于负载设备，其特征在于，设有利用本机内的电压和电流的瞬时值来识别成为本机的内阻抗的内电阻的电阻值，并捕捉该值的异常变动而进行故障判定的控制部。
2.如权利要求1所述的无断电电源装置，其特征在于，
设有：具有半导体电桥电路和滤波电路的逆变器部，以及根据所述控制部的故障判定将所述逆变器部与所述负载设备连接或切断的断路开关；其中，半导体电桥电路通过根据电压指令值调制所述直流电压而生成正弦波状的交流电压，滤波电路被串联插入所述半导体电桥电路和所述负载设备之间。
3.如权利要求2所述的无断电电源装置，其特征在于，
所述控制部具有系统识别部和故障判定部；其中，系统识别部通过使用所述逆变器部的已知的电路信息进行递归识别处理，而计算出所述逆变器部的未知的电路常数；故障判定部根据通过所述系统识别部计算出的所述未知的电路常数，而生成故障判定信号。
4.如权利要求3所述的无断电电源装置，其特征在于，
所述系统识别部，作为所述已知的电路信息使用所述电压指令值、所述直流电压、所述逆变器部的输出电压、以及流经所述滤波电路中的电感器的电感电流，而计算出所述逆变器部的内电阻的电阻值。
5.如权利要求3或4所述的无断电电源装置，其特征在于，所述递归识别处理采用最小二乘法。
6.一种无断电电源装置的选择切断方法，该无断电电源装置通过逆变器部将直流电压变换为交流电压后供给于负载设备，其特征在于，通过使用所述逆变器部的已知的电路信息进行递归识别处理，而计算出所述逆变器部的未知的电路常数，并根据计算出的所述未知的电路常数生成故障判定信号，在该故障判定信号为故障发生信号时，通过断路开关切断所述逆变器部和所述负载设备。
7.如权利要求6所述的无断电电源装置的选择切断方法，其特征在于，
所述逆变器部具有：通过根据电压指令值调制所述直流电压而生成正弦波状的交流电压的半导体电桥电路，以及被串联插入所述半导体电桥电路与所述负载设备之间的滤波电路；
作为所述已知的电路信息，使用所述电压指令值、所述直流电压、所述逆变器部的输出电压、以及流经所述滤波电流中的电感器的电感电流，而计算出所述逆变器部的内电阻的电阻值。
说明书 :
技术领域
本发明涉及的是无断电电源装置和无断电电源装置的选择切断(discriminative trip)方法。
背景技术
为了使工业电源的变动带给负载设备的影响为最小，而在电源系统中配置无断电电源装置(Uninterruptible Power Supply、不间断电源，以下简称为“UPS”)。其中，被要求高稳定性的电源系统，如图8所示，作为设有并联冗余运转的多台UPS(一号机、二号机、三号机……)、且电源容量比负载设备的容量足够大的备用电源而构成。
但是，在上述那样的多台UPS并联冗余运转的电源系统中，存在若某一UPS发生故障的话，其影响波及到连接于共同的母线(路径)的正常的其他UPS，从而多台UPS连锁地停止的情况。因此，若UPS发生故障的话，有可能发展成其影响波及到电源系统的整体，且尽管设有备用电源但负载设备还是停止这样的事态。因此，为了防止这样的事态，提出了将发生故障的UPS选择性地从电源系统(路径)中断开而使正常的其他UPS的并联运转继续的、被称为“选择切断”的技术。
为了准确地进行选择切断，要求与电源系统并联连接的各UPS能够自行检测本机的故障并断路。即，各UPS被要求不使用与其他UPS共同的电压信息或电流信息，而仅根据本机的内部信息判定故障，并在发生故障时自行脱离电源系统。作为基于这样的要求的现有技术已知的有以下的技术。
(现有技术1)
在专利文献1所记载的现有技术1中，各UPS检测出本机的输出电压v0(t)和流经被串联插入本机的主电路的电感器的电感电流is(t)，并生成输出电压v0(t)的一周期延迟电压v0(t-T0)和电感电流is(t)的一周期延迟电感电流is(t-T0)。然后，各UPS对检测出的输出电压v0(t)和电感电流is(t)、与生成的一周期延迟电压v0(t-T0)和一周期延迟电感电流is(t-T0)的差(周期差分)
Δv0(t)＝v0(t)-v0(t-T0) (1)
Δis(t)＝is(t)-is(t-T0) (2)
的积，应用：
若Δv0(t)×Δis(t)＞阈值，则故障＝1、否则故障＝0 (3)
这样的辨别法，判定本机的故障。即，若左项的值超过阈值的话，则故障判定信号的值为“1”，若未超过阈值的话，则故障判定信号的值为“0”。各UPS在故障值为“1”时判定为本机发生故障，并使被串联插入本机的主电路的断路开关呈断开(OFF、打开)状态，而从电源系统(路径)脱离。通过这样，实现并联运转的UPS的选择切断。
(现有技术2)
另外，在专利文献2所记载的现有技术2中，通过取代上述的电感电流is(t)而使用构成本机的逆变电路(inverter circuit)的半导体电桥的输出电压(电桥电压)vi(t)、并应用与上述相同的判定法，而实现并联运转的UPS的选择切断。即，对UPS的输出电压的周期差分Δv0(t)和电桥电压的周期差分Δvi(t)
Δv0(t)＝v0(t)-v0(t-T0) (4)
Δvi(t)＝vi(t)-vi(t-T0) (5)
的积，应用
若Δv0(t)×Δvi(t)＞阈值，则故障＝1、否则故障＝0 (6)
这样的辨别法，判定本机的故障。即，若左项的值超过阈值的话，则作为故障判定信号的值而输出“1”，若未超过的话，则将故障判定信号的值作为“0”而输出。通过这样，各UPS能够在故障值为“1”时判定为本机发生故障，并使被串联插入本机的主电路的断路开关呈断开(OFF、打开)状态而从电源系统(路径)脱离。
但是，为了使正常的其他UPS或负载设备不受其影响，发生了故障的UPS必须迅速地从电源系统(路径)断开。因此，各UPS进行的本机的故障判定，要求尽可能在短时间内进行。但是，上述的现有技术1、2虽然均能够使UPS独立地进行本机的故障判定，但是，为了进行故障判定，而使用某一瞬间的本机的输出电压等和其一周期延迟电压等的差(周期差分)。即，这些现有技术，通过将本机内的、某一时刻的信号和其一周期后的信号进行比较，而判定正常的运转状态是否继续。这样，若采用使用一周期延迟信号的现有技术的话，UPS为了进行故障判定，至少需要工作频率的一周期的时间(1/50sec或1/60sec)，因此，存在无法将选择切断所需时间缩短至一周期的时间以下这样的问题。
专利文献1：日本公开公报、特表2000-513472号
专利文献2：日本公开公报、特开2006-109603号
但是，在上述那样的多台UPS并联冗余运转的电源系统中，存在若某一UPS发生故障的话，其影响波及到连接于共同的母线(路径)的正常的其他UPS，从而多台UPS连锁地停止的情况。因此，若UPS发生故障的话，有可能发展成其影响波及到电源系统的整体，且尽管设有备用电源但负载设备还是停止这样的事态。因此，为了防止这样的事态，提出了将发生故障的UPS选择性地从电源系统(路径)中断开而使正常的其他UPS的并联运转继续的、被称为“选择切断”的技术。
为了准确地进行选择切断，要求与电源系统并联连接的各UPS能够自行检测本机的故障并断路。即，各UPS被要求不使用与其他UPS共同的电压信息或电流信息，而仅根据本机的内部信息判定故障，并在发生故障时自行脱离电源系统。作为基于这样的要求的现有技术已知的有以下的技术。
(现有技术1)
在专利文献1所记载的现有技术1中，各UPS检测出本机的输出电压v0(t)和流经被串联插入本机的主电路的电感器的电感电流is(t)，并生成输出电压v0(t)的一周期延迟电压v0(t-T0)和电感电流is(t)的一周期延迟电感电流is(t-T0)。然后，各UPS对检测出的输出电压v0(t)和电感电流is(t)、与生成的一周期延迟电压v0(t-T0)和一周期延迟电感电流is(t-T0)的差(周期差分)
Δv0(t)＝v0(t)-v0(t-T0) (1)
Δis(t)＝is(t)-is(t-T0) (2)
的积，应用：
若Δv0(t)×Δis(t)＞阈值，则故障＝1、否则故障＝0 (3)
这样的辨别法，判定本机的故障。即，若左项的值超过阈值的话，则故障判定信号的值为“1”，若未超过阈值的话，则故障判定信号的值为“0”。各UPS在故障值为“1”时判定为本机发生故障，并使被串联插入本机的主电路的断路开关呈断开(OFF、打开)状态，而从电源系统(路径)脱离。通过这样，实现并联运转的UPS的选择切断。
(现有技术2)
另外，在专利文献2所记载的现有技术2中，通过取代上述的电感电流is(t)而使用构成本机的逆变电路(inverter circuit)的半导体电桥的输出电压(电桥电压)vi(t)、并应用与上述相同的判定法，而实现并联运转的UPS的选择切断。即，对UPS的输出电压的周期差分Δv0(t)和电桥电压的周期差分Δvi(t)
Δv0(t)＝v0(t)-v0(t-T0) (4)
Δvi(t)＝vi(t)-vi(t-T0) (5)
的积，应用
若Δv0(t)×Δvi(t)＞阈值，则故障＝1、否则故障＝0 (6)
这样的辨别法，判定本机的故障。即，若左项的值超过阈值的话，则作为故障判定信号的值而输出“1”，若未超过的话，则将故障判定信号的值作为“0”而输出。通过这样，各UPS能够在故障值为“1”时判定为本机发生故障，并使被串联插入本机的主电路的断路开关呈断开(OFF、打开)状态而从电源系统(路径)脱离。
但是，为了使正常的其他UPS或负载设备不受其影响，发生了故障的UPS必须迅速地从电源系统(路径)断开。因此，各UPS进行的本机的故障判定，要求尽可能在短时间内进行。但是，上述的现有技术1、2虽然均能够使UPS独立地进行本机的故障判定，但是，为了进行故障判定，而使用某一瞬间的本机的输出电压等和其一周期延迟电压等的差(周期差分)。即，这些现有技术，通过将本机内的、某一时刻的信号和其一周期后的信号进行比较，而判定正常的运转状态是否继续。这样，若采用使用一周期延迟信号的现有技术的话，UPS为了进行故障判定，至少需要工作频率的一周期的时间(1/50sec或1/60sec)，因此，存在无法将选择切断所需时间缩短至一周期的时间以下这样的问题。
专利文献1：日本公开公报、特表2000-513472号
专利文献2：日本公开公报、特开2006-109603号
发明内容
本发明是基于这样的情况而作成的，其目的在于提供能够独立地进行本机的故障判定，且能够在比工作频率的一周期短的时间内准确地进行选择切断的无断电电源装置(UPS)及无断电电源装置的选择切断方法。
为了解决上述课题，本发明的无断电电源装置，是将直流电压变换为交流电压后供给于负载设备的无断电电源装置，该无断电电源装置设有利用本机内的电压和电流的瞬时值来识别成为本机的内阻抗的内电阻的电阻值，并捕捉该值的异常变动而进行故障判定的控制部。
另外，以设有具有半导体电桥电路和滤波电路的逆变器部，以及根据控制部的故障判定将逆变器部与负载设备连接或切断的断路开关为佳，其中，半导体电桥电路通过根据电压指令值调制直流电压而生成正弦波状的交流电压，滤波电路被串联插入半导体电桥电路和负载设备之间。
进而，控制部以设有系统识别部和故障判定部为佳，其中，系统识别部通过使用逆变器部的已知的电路信息进行递归识别处理，而计算出逆变器部的未知的电路常数，故障判定部根据通过系统识别部计算出的未知的电路常数而生成故障判定信号。
另外，系统识别部，以作为已知的电路信息使用电压指令值、直流电压、逆变器部的输出电压、以及流经滤波电路中的电感器的电感电流，而计算出逆变器部的内电阻的电阻值为佳。
另外，递归识别处理以采用最小二乘法为佳。
为了解决上述的课题，本发明的无断电电源装置的选择切断方法，通过逆变器部将直流电压变换为交流电压后供给于负载设备，该方法形成为，通过使用逆变器部的已知的电路信息进行递归识别处理而计算出逆变器部的未知的电路常数，并根据计算出的未知的电路常数生成故障判定信号，在该故障判定信号为故障发生信号时，通过断路开关切断逆变器部和负载设备。
另外，逆变器部，以具有通过根据电压指令值调制直流电压而生成正弦波状的交流电压的半导体电桥电路，以及被串联插入半导体电桥电路与负载设备之间的滤波电路，且作为已知的电路信息使用电压指令值、直流电压、逆变器部的输出电压、以及流经滤波电路中的电感器的电感电流，而计算出逆变器部的内电阻的电阻值为佳。
采用本发明的无断电电源装置(UPS)及其选择切断方法的话，能够独立地进行本机的故障判定，且能够在比工作频率的一周期更短的时间内准确地进行选择切断。
为了解决上述课题，本发明的无断电电源装置，是将直流电压变换为交流电压后供给于负载设备的无断电电源装置，该无断电电源装置设有利用本机内的电压和电流的瞬时值来识别成为本机的内阻抗的内电阻的电阻值，并捕捉该值的异常变动而进行故障判定的控制部。
另外，以设有具有半导体电桥电路和滤波电路的逆变器部，以及根据控制部的故障判定将逆变器部与负载设备连接或切断的断路开关为佳，其中，半导体电桥电路通过根据电压指令值调制直流电压而生成正弦波状的交流电压，滤波电路被串联插入半导体电桥电路和负载设备之间。
进而，控制部以设有系统识别部和故障判定部为佳，其中，系统识别部通过使用逆变器部的已知的电路信息进行递归识别处理，而计算出逆变器部的未知的电路常数，故障判定部根据通过系统识别部计算出的未知的电路常数而生成故障判定信号。
另外，系统识别部，以作为已知的电路信息使用电压指令值、直流电压、逆变器部的输出电压、以及流经滤波电路中的电感器的电感电流，而计算出逆变器部的内电阻的电阻值为佳。
另外，递归识别处理以采用最小二乘法为佳。
为了解决上述的课题，本发明的无断电电源装置的选择切断方法，通过逆变器部将直流电压变换为交流电压后供给于负载设备，该方法形成为，通过使用逆变器部的已知的电路信息进行递归识别处理而计算出逆变器部的未知的电路常数，并根据计算出的未知的电路常数生成故障判定信号，在该故障判定信号为故障发生信号时，通过断路开关切断逆变器部和负载设备。
另外，逆变器部，以具有通过根据电压指令值调制直流电压而生成正弦波状的交流电压的半导体电桥电路，以及被串联插入半导体电桥电路与负载设备之间的滤波电路，且作为已知的电路信息使用电压指令值、直流电压、逆变器部的输出电压、以及流经滤波电路中的电感器的电感电流，而计算出逆变器部的内电阻的电阻值为佳。
采用本发明的无断电电源装置(UPS)及其选择切断方法的话，能够独立地进行本机的故障判定，且能够在比工作频率的一周期更短的时间内准确地进行选择切断。
附图说明
在此，根据以下附图，对本发明的具体实施形态示以实例进行描述。
图1是表示本发明实施形态涉及的UPS的主要部分的构成的方框图。
图2是本发明实施形态涉及的UPS中的系统识别和故障判定的流程图。
图3是表示在本发明实施形态涉及的UPS中模拟短路故障用的短路开关的图。
图4是将本发明实施形态涉及的UPS并联冗余运转时的选择切断动作的模拟结果。
图5是将图4所示的模拟结果的一部分放大的图。
图6是关于本发明实施形态涉及的UPS中的故障判定信号的模拟结果。
图7是关于本发明实施形态涉及的UPS中的主电路的内电阻值的模拟结果。
图8是表示现有技术下和本发明实施形态涉及的UPS的并联冗余运转的状态的图。
图1是表示本发明实施形态涉及的UPS的主要部分的构成的方框图。
图2是本发明实施形态涉及的UPS中的系统识别和故障判定的流程图。
图3是表示在本发明实施形态涉及的UPS中模拟短路故障用的短路开关的图。
图4是将本发明实施形态涉及的UPS并联冗余运转时的选择切断动作的模拟结果。
图5是将图4所示的模拟结果的一部分放大的图。
图6是关于本发明实施形态涉及的UPS中的故障判定信号的模拟结果。
图7是关于本发明实施形态涉及的UPS中的主电路的内电阻值的模拟结果。
图8是表示现有技术下和本发明实施形态涉及的UPS的并联冗余运转的状态的图。
具体实施方式
参照附图对本发明涉及的无断电电源装置(UPS)的适宜实施形态进行说明。另外，以下对一台UPS的一个相序分量(phase-sequencecomponent)的构成进行说明，但是，本实施形态涉及的UPS对能够并联运转的台数没有限制，能够适用于单相电源系统和三相(多相)电源系统的任意一种。
图1是表示本发明实施形态涉及的无断电电源装置(UPS)1的主要部分的构成的方框图。UPS1包括：直流电源部2、逆变器(inverter)部3、控制部4以及断路开关5。该UPS1通过电源系统的母线6与均未图示的其他UPS和负载设备连接。
直流电源部2，是在通过母线6而被连接的工业电源发生停电或电压降等的变动时，对负载设备供给电力的装置。该直流电源部2，使用例如在UPS1作为备用电源未发挥作用时被涓流充电(Trickle Charge)的蓄电池来实现。该直流电源部2，为了通过逆变器部3得到正弦波状的交流电压，而构成为包含相对于标准电势被对称地连接的两个直流电源11。
UPS1的逆变器部3包括半导体电桥电路12和滤波电路13。半导体电桥电路12，是通过以规定的时间比(time ratio、即占空率(duty ratio))接通/断开(ON/OFF)直流电源部2的直流环节电压(DC Link Voltage)Edc，而生成正弦波状的交流电压的装置。具体地说，通过脉宽调制(Pulse WidthModulation：PWM)将直流环节电压Edc变换为与瞬时电压指令值u同步的交流电压，其中，脉宽调制是根据瞬时电压指令值u(50Hz或60Hz的正弦波)使通过已调波发生部14生成并被输入半导体电桥电路12的门极(gate)15的已调波的时间比(占空率)发生变化。另外，半导体电桥电路12作为使用例如GTO(Gate Turn-Off thyristor、门极可关断晶闸管)、IGBP(Insulated Gate Bipolar transistor、绝缘栅双极型晶体管)、MOS-FET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor、金属氧化硅场效应晶体管)等的半桥式电路而构成。另外，从已调波发生部14输出的已调波(载波)，其周期必须足够小于逆变器部3的电路的时间常数，例如形成为20kHz的矩形波。
滤波电路13，是仅使从半导体电桥电路12输出的正弦波状的交流电压所包含的频率成分中的、被供给于负载设备的频率成分(50Hz或60Hz的正弦波)通过，并阻止通过半导体电桥电路12中的脉宽调制产生的高次谐波成分的滤波器。滤波电路13配置于半导体电桥电路12和负载设备之间的主电路上，并由串联插入主电路的滤波电感器(filter inductor)21和并联插入主电路的滤波电容器(filter capacitor)22构成。
UPS1的控制部4包括：检测本机的运转状态的测定输入部26，识别滤波电路13的电路常数的系统识别(System Identification)部27，以及判定本机的故障并生成故障判定信号的故障判定部28。
测定输入部26是检测UPS1内部的电压或电流的瞬时值的装置，包括：检测作为瞬时值的直流环节电压Edc(t)的直流环节电压检测部31，检测作为瞬时值的逆变电压(输出电压)v0(t)的逆变电压检测部32，以及用于检测流经滤波电感器21的电感电流is的瞬时值is(t)的电感电流检测部33。通过直流环节电压检测部31检测出的直流环节电压Edc(t)，在放大器35中被形成为1/2倍后，在乘法器36中被乘以瞬时电压指令值u(t)。然后，通过乘法器36得到的积“{Edc(t)/2}×u(t)”被输入减法器37。减法器37，从通过乘法器36得到的积“{Edc(t)/2}×u(t)”中减去通过逆变电压检测部32得到的逆变电压v0(t)，并将其差作为瞬时电压偏差信号w(t)而输出。因此，瞬时电压偏差信号w(t)在时域中表示为：
w(t)＝{Edc(t)/2}×u(t)-v0(t) (7)
系统识别部27，使用通过测定输入部26得到的瞬时电压偏差信号w(t)和由电感电流检测部33得到的电感电流is的瞬时值is(t)，识别作为主电路的电路常数之一的、逆变器部3的内电阻23的值rs。其依据是，在将逆变器部3作为动态系统而进行捕捉、且将其传递函数作为G(s)时，动态系统的输入w(s)和输出y(s)的关系表示为：
y(s)＝G(s)w(s) (8)
在此，“s”是拉普拉斯算子。即，系统识别部27，是使用被测定的输入w(s)和输出y(s)从算式(8)的关系推断逆变器部3的电路常数的装置。
具体地说，系统识别部27通过系统识别理论而推断逆变器部3的传递函数的参数。例如，通过分别将测定输入“w”和测定输出“y”选择为
w＝(Edc/2)×u-v0 (9)
y＝is (10)，
而能够将逆变器部3的传递函数表示为
G(s)＝1/(rs+sLF) (11)。
这是因为，主电路、即除了控制部4以外的电路的电路方程式在拉普拉斯变换表示中被表示为“v1-v0＝(rs+sLF)×is”。在此，v1是电桥电压，为“{Edc/2}×u”，由该两个算式得出电感电流is为“{1/(rs+sLF)×{(Edc/2)×u-v0}”，从而能够由上述算式(8)、算式(9)的“w”、以及算式(10)的“y”得到算式(11)的G(s)。另外，“LF”是滤波电感器21的电感值，“s”是拉普拉斯算子。
在此，能够将系统识别部27作为系统识别处理的对象的逆变器部3作为离散系统而进行处理，其中，离散系统通过利用来自已调波发生部14的已调波(载波)周期性地接通/断开(ON/OFF)直流环节电压Edc，而生成正弦波状的交流电压。因此，被拉普拉斯变换表示的算式(11)的传递函数G(s)，在已调波(载波)的周期、即离散系统中的取样周期(samplingperiod)为Ts时，如以下那样被z变换表示。
G(z)＝Ts/(LFz-LF+rsTs) (12)
在此，“z”为z变换算子。
被z变换表示的算式(12)的传递函数G(z)，表示将作为系统识别处理的对象系统的逆变器部3作为一阶系统而进行处理即可。一阶系统的传递函数G(z)，一般表现为：
G(z)＝b/(z+a) (13)
因此，将算式(12)和算式(13)进行比较，对逆变器部3的内电阻23的值rs和滤波电感器21的电感值LF进行求解的话，则能够得出
rs＝(1+a)/b (14)
和
LF＝Ts/b (15)
另一方面，将算式(14)和算式(15)进行比较，对未知的参数a和b进行求解的话，则能够得出
a＝-1+(rsTs/LF) (16)
和
b＝Ts/LF (17)
另外，以下将均为未知的参数a和b也称为推断参数。
但是，若UPS1常的话，通过算式(14)而设定的主电路的内电阻23的值rs和通过算式(15)而设定的滤波电感器21的电感值LF，均应该成为接近额定值的值。另一方面，若UPS1发生某种故障的话，上述值均应该与额定值相差很大。因此，UPS1能够根据通过系统识别部27使用逆变器部3的内部信息进行的递归识别处理而得到的逆变器部3的电路常数的值进行故障判定，其中，逆变器部3的内部信息是作为逆变器部3的内部的信息的电压指令值u、直流环节电压Edc、逆变器部3的输出电压v0、以及电感电流is。
接着，参照图1所示的UPS1的方框图和图2所示的处理程序的流程图，对上述系统识别部27中的递归识别处理的具体方法进行说明。另外，以下所说明的处理不需要经常地连续地进行，只要通过每隔一定时间进行中断处理而重复进行即可。进行中断处理的间隔，与作为对象的系统的取样周期相同，通常形成为与通过逆变器部3的已调波发生部14生成并被输入半导体电桥电路12的门极15的已调波(载波)的周期Ts一致。例如，在逆变器部3的载波的频率为20kHz时，每隔50μsec进行中断处理。
首先，在步骤S1中仅进行相当于周期Ts的时间的中断等待处理后，在步骤S2中进行初始设定。该初始设定对系统识别处理所使用的参数类赋予初值。即，系数λ、系数γ、矩阵P、矩阵θ、以及测定输入w、测定输出y的初值，分别如以下那样设定。在此，P是(2，2)矩阵，θ和ζ是(2，1)矩阵。另外，θ的上段的第一成分是算式(16)的参数a，下段的第二成分是算式(17)的参数b。
＝0.998 (18)
γ＝100000 (19)
y_1＝0 (22)
w_1＝0
系数λ的初值为小于1且接近1的实数，系数γ的初值为尽可能大的实数。主电路的内电阻23的值rs的初值rs0和滤波电感器21的电感值LF的初值LF0，分别为额定值。另外，测定输出y和测定输入w的初值为第1取样前的初值。另外，关于上述各参数类，之后进行叙述。
接着，在步骤S3中，通过测定输入部26检测出的UPS 1的逆变器部3的电路信息被输入系统识别部27。具体地说，直流环节电压Edc的瞬时值Edc(t)、逆变电压(输出电压)v0的瞬时值v0(t)、电感电流is的瞬时值is(t)、以及正弦波状的瞬时电压指令值u(t)，分别被锁定(latch)并被输入。
然后，在步骤S4中，测定输入w和测定输出y如以下那样被设定。
w＝(Edc/2)×u-v0 (23)
y＝is (24)
接着，在步骤S5中进行递归识别处理，识别上述两个未知参数a和b。具体地说，执行根据以下推断法则的递归最小二乘法识别程序。
e＝y-θ’ζ (26)
θ＝θ+Pζe (28)
y_1＝y (29)
w_1＝w
即，相对于将均是已知的参数的测定输入w和测定输出y作为成分的算式(25)的测定输入输出参数的矩阵ζ，偏差(误差)e如算式(26)那样表示的话，通过算式(27)的关系推断使偏差e为最小的参数。在此，以未知的参数a和b作为成分的推断参数的矩阵θ，通过算式(28)被依次更新。另外，作为均是已知的参数的测定输入w和测定输出y，通过算式(29)被依次更新。
接着，在步骤S6中，抽出作为未知参数的a和b的识别值。另外，由算式(16)、算式(17)、及算式(21)明显可知，参数a是矩阵θ的第一成分，参数b是矩阵θ的第二成分。
然后，在步骤S7中，使用步骤S6中被识别的参数a和b，并利用以下的关系算出逆变器部3的主电路的内电阻23的值rs。另外，以下的关系与算式(14)相同。
rs＝(1+a)/b (30)
接着，在步骤S8中进行UPS1的故障判定。该故障判定是，故障判定部28使用在步骤S7中系统识别部27算出的、逆变器部3的主电路的内电阻23的值rs而进行的。具体地说，故障判定部28经常监视通过系统识别部27算出的内电阻23的值rs是否在下限值和上限值之间，并通过例如
若下限值＜rs＜上限值则故障＝0、否则故障＝1 (31)
这样的判定法，判定UPS1是否发生某种故障。即，若rs的值超过下限值且不满上限值的话，则作为故障判定信号的值而输出“0”，若rs的值不在该范围内的话，则将故障判定信号的值作为“1”而输出。即，故障判定部28，若rs的值在下限值和上限值之间的话，则在步骤S9中将输出的故障判定信号(故障信号)的值保持为“0”，然后，返回步骤S1并进行中断等待处理。另外，也可以在rs的值为下限值以上且上限值以下(下限值≤rs≤上限值)时，输出故障判定信号“0”，除此之外的情况下输出故障判定信号“1”。另外，也可以将算式(31)的左项或右项的一方作为“≤”，而另一项作为“＜”。
在此，内电阻23的值rs的下限值和上限值，均被设定为UPS1处于通常的运转状态的话便无法估计的程度的极端值。例如，将下限值设定为假设发生短路故障时的0，将上限值设定为假设发生断线故障时的额定值(即，额定电压/额定电流)。由于逆变器部3的主电路的内电阻23的值rs通常为额定值的5％左右，因此，采用这样的设定的话，利用故障判定部28的故障判定被准确地进行。
另一方面，在步骤S8中，内电阻23的值(电阻值)rs的值由于某种原因而脱离上述范围时，则进入步骤S10，并将输出的故障判定信号的值变更为“1”。然后，在步骤S11中，判定为发生故障的UPS1被选择切断并从并联运转状态中脱离。该选择切断通过断路开关5而进行。在此，断路开关5在被输入的故障判定信号的值为“0”时，保持闭合状态，并维持UPS1和电源系统的母线6、6的连接状态。另一方面，故障判定信号的值变更为“1”的话，断路开关5呈打开状态而将主电路切断，并将UPS1从电源系统的母线6、6断开。从控制部4的故障判定部28输出的故障判定信号，通过反相放大器(inverting Amplifier)(缓冲器)56而被输入串联插入于主电路的断路开关5的各开关51、51的门极54、54，断路开关5根据该故障判定信号而被进行开关控制。
然后，最后在步骤S12中，使在步骤S11中被判定为发生故障并从电源系统中断开的UPS1的运转停止，从而一系列的处理结束。
接着，参照模拟结果对以上说明的本发明实施形态涉及的UPS1的动作进行说明。以下的模拟例，是假设并联冗余运转(parallel redundantrunning)的四台UPS1依次发生短路故障的情况的例子。各UPS1中的短路故障是，通过将如图3所示那样与逆变器部3并联地配置的短路开关61闭合，模拟地使例如逆变器部3的半导体电桥电路12的一侧(在此为上侧、即正电势侧)短路的情况。
模拟所使用的主要的电路参数如下。即，负载设备是电阻性负载(resistive load)，每台UPS1的负载容量为2.5kW。逆变器部3通过单相半桥而构成，脉宽调制的已调波(载波)的频率为20kHz，交流输出的基频为50Hz。直流电源的电压(直流环节电压)Edc是，一号机为408V、二号机为449V、三号机为471V、四号机为460V。另外，被插入UPS1的主电路的滤波器的电路常数为，滤波电感器21的电感值LF＝640μH、内电阻23的值rs＝0.15Ω、滤波电容器22的电容值CF＝20μF，且在一号机至四号机的全部中共同地使用。另外，作为内电阻23的值(电阻值)rs，可以使用上述的通过系统识别部27算出的值。
图4表示使用上述的电路参数而进行的模拟的结果。图4的最上段表示并联连接有四台UPS1的电源系统的母线电压v0。另外，图4的第二段～第五段，分别表示UPS1的一号机、二号机、三号机、以及四号机的输出电流i1、i2、i3以及i4。该模拟，假设在并联冗余运转的四台UPS1中从基准时刻(0sec)开始，经过0.025sec后一号机发生短路故障，0.09sec后二号机发生短路故障，进而0.175sec后三号机发生短路故障的情况。
由图4明显可知，并联冗余运转的四台UPS1的各输出电流i1、i2、i3及i4，即使他机发生故障也未变化，而且，在本机发生故障的情况下立即变为“0”。在此表示，虽然各UPS1按故障的发生顺序(即，一号机→二号机→三号机的顺序)被切断并从并联运转状态中脱离，但是，由于在这期间正常机也继续运转，因此母线电压v0几乎未发生变化。由该结果可知，并联运转的各UPS1准确地进行了选择切断动作。
图5是放大表示图4所示的母线电压v0和一号机、二号机的输出电流i1、i2的模拟结果的一部分的图。在时刻0.025sec上一号机发生短路故障的话，一号机的输出电流i1如图5的下段所示，虽然瞬间增加，但是之后被进行选择切断而变为0(zero)。一号机被选择切断而从并联运转状态脱离时，虽然如图5的上段所示母线电压v0瞬间稍微降低，二号机的输出电流i2如图5的下段所示瞬间稍微上升，但是，对作为正常机的二号机的运转状态几乎没有影响。在该模拟例中，从发生短路故障至被进行选择切断所需的时间为约250μsec，即约0.0125周期。另外，在此交流输出的基频为50Hz，因此一周期为1/50sec。由该结果可知，本发明实施形态涉及的UPS1能够在比交流输出的基频的一周期充分短的时间内完成选择切断。
图6表示UPS1发生短路故障时从故障判定部28输出的故障判定信号(故障信号)。图6的第一段所示的一号机的故障判定信号的值，在一号机发生故障的时刻0.025sec上从“0”变为“1”。另外，图6的第二段所示的二号机的故障判定信号的值，在二号机发生故障的时刻0.09sec上从“0”变为“1”，图6的第三段所示的三号机的故障判定信号的值，在三号机发生故障的时刻0.175sec上从“0”变为“1”。另外，未发生故障的四号机的故障判定信号的值，如图6的第四段所示仍然为“0”。由该结果可知，在并联冗余运转的各UPS1中故障判定被准确地进行。另外，在该模拟例中，选择切断所需时间为400μsec以下。
图7表示关于各UPS1中的主电路的内电阻23的值rs的模拟结果。在此，在0.10Ω和0.15Ω之间变动的直线，是从一号机至四号机的内电阻23的值(电阻值)rs的识别值，虚线表示一号机从那时的识别值中脱离的情况，点划线表示二号机从那时的识别值中脱离的情况，上下及左右的直线表示三号机从那时的识别值中脱离的情况。由此可知，在一号机至三号机的各UPS1中，在发生短路故障的瞬间，内电阻23的值rs的值接近0。由该结果可知，通过使用利用系统识别部27计算出的内电阻23的值(电阻值)rs的值，能够准确地进行故障判定。另外，内电阻23的值rs的实值为0.15Ω。
另外，构成本发明实施形态涉及的UPS1的主要部分的电路，为了最大限度地发挥通过利用本机内的信号的瞬时值而能够高速地进行故障判定和选择切断的效果，而要求由硬件(固件)构成。另外，只要能够实现通过算式(18)～算式(31)所表示的一系列的处理，具体的电路便可以为任意的电路，适当地考虑处理所需时间或处理精度、构成的容易度等而决定即可。
如以上所说明，采用本发明实施形态涉及的无断电电源装置1(UPS1)的话，可以使用均为本机内的信息的电压指令值u、直流环节电压Edc、逆变电压v0、以及电感电流is进行故障判定。因此，即使在与其他的UPS并联运转的情况下，也不需要使用与他机共同的信息，从而可以不受他机的影响而进行本机的故障判定。另外，采用本发明实施形态涉及的UPS1的话，由于能够使用本机内的电压或电流的瞬时值而进行故障判定，因此，与使用一周期延迟信号而进行故障判定的现有的UPS不同，能够在比基频(50Hz或60Hz)的一周期充分短的时间内进行选择切断。进而，通过进行递归处理，也能够在使UPS1运转的同时识别未知的电路常数。
以上，对本发明实施形态涉及的UPS1进行了说明，但是，只要不脱离本发明的要旨便能够实施各种变更。例如，在本发明的实施形态中，作为在UPS1的系统识别部27中进行的递归处理为最小二乘法而进行了说明。采用这样的构成的话，能够比基于其他系统识别程序的情况更简单地进行递归识别处理。但是，对系统识别的程序没有限制，除了上述的最小二乘法以外，也可以使用放大最小二乘法、广义最小二乘法(GeneralizedLeast Square Method)、偏差补偿最小二乘法(Bias-compensated LeastSquares Method)、辅助变量法(Instrumental Variable Method)、预测误差法(Prediction Error Method)等的各种识别程序。
另外，在以上的说明中，假设本发明实施形态涉及的UPS1与其他的UPS并联运转的情况，但是，本发明实施形态涉及的UPS1当然也可以单独地运转。另外，本发明实施形态涉及的UPS1，即使与电源容量不同的其他的UPS混在一起并联运转也没有问题，且即使在该情况下也能够独立地进行本机的故障判定，因此能够进行稳定的并联运转。
上述UPS1是，将直流电压变换为交流电压后供给于负载设备的无断电电源装置，设有识别本机的内阻抗(内电阻23的值rs)，并捕捉该值的异常变动而进行故障判定的控制部4。但是，控制部4也可以识别电感值LF。因此，也可以检测出该电感值LF的变化而进行故障判定。
另外，上述UPS1设有：具有半导体电桥电路12和滤波电路13的逆变器部3，以及根据控制部4的故障判定将逆变器部3与负载设备连接或切断的断路开关5，其中，半导体电桥电路12通过根据电压指令值u调制直流电压而生成正弦波状的交流电压，滤波电路13被串联插入半导体电桥电路12和负载设备之间。该断路开关5除了机械地进行连接或切断的开关外，还可以是电气地进行连接或切断的半导体开关等。
进而，上述UPS1的控制部4具有系统识别部27和故障判定部28，其中，系统识别部27通过使用逆变器部3的已知的电路信息进行递归识别处理，而计算逆变器部3的未知的电路常数，故障判定部28根据通过系统识别部27计算出的未知的电路常数而生成故障判定信号。将这些系统识别部27或故障判定部28配置于UPS1的内部，但是，也可以配置于UPS1的外部。另外，控制部4也可以配置于UPS1的外部。
另外，系统识别部27，作为已知的电路信息使用电压指令值u、直流环节电压Edc、逆变器部3的输出电压v0、以及流经滤波电路13中的滤波电感器21的电感电流is，而计算逆变器部3的内电阻23的值rs。采用这样的构成的话，能够将故障判定中使用的主电路的内电阻23的值rs设定为若处于通常的运转状态的话便无法估计的程度的极端值，因此，能够进行准确的故障判定和选择切断。但是，除了这些值之外，也可以利用其他的值、例如成为使用逆变器部3的电路常数而生成的电感电流is的估计值的模拟值is’(t)。此时，能够利用流经滤波电路13中的滤波电感器21的电感电流is的瞬时值is(t)、与成为使用逆变器部3的电路常数而生成的电感电流is的估计值的模拟值is’(t)的偏差Δis(t)，生成故障判定信号，且生成两个故障判定信号。
本申请要求的优先权为2007年10月23日提交的申请号为2008-273609的日本专利申请，其内容通过引用被合并于此。
图1是表示本发明实施形态涉及的无断电电源装置(UPS)1的主要部分的构成的方框图。UPS1包括：直流电源部2、逆变器(inverter)部3、控制部4以及断路开关5。该UPS1通过电源系统的母线6与均未图示的其他UPS和负载设备连接。
直流电源部2，是在通过母线6而被连接的工业电源发生停电或电压降等的变动时，对负载设备供给电力的装置。该直流电源部2，使用例如在UPS1作为备用电源未发挥作用时被涓流充电(Trickle Charge)的蓄电池来实现。该直流电源部2，为了通过逆变器部3得到正弦波状的交流电压，而构成为包含相对于标准电势被对称地连接的两个直流电源11。
UPS1的逆变器部3包括半导体电桥电路12和滤波电路13。半导体电桥电路12，是通过以规定的时间比(time ratio、即占空率(duty ratio))接通/断开(ON/OFF)直流电源部2的直流环节电压(DC Link Voltage)Edc，而生成正弦波状的交流电压的装置。具体地说，通过脉宽调制(Pulse WidthModulation：PWM)将直流环节电压Edc变换为与瞬时电压指令值u同步的交流电压，其中，脉宽调制是根据瞬时电压指令值u(50Hz或60Hz的正弦波)使通过已调波发生部14生成并被输入半导体电桥电路12的门极(gate)15的已调波的时间比(占空率)发生变化。另外，半导体电桥电路12作为使用例如GTO(Gate Turn-Off thyristor、门极可关断晶闸管)、IGBP(Insulated Gate Bipolar transistor、绝缘栅双极型晶体管)、MOS-FET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor、金属氧化硅场效应晶体管)等的半桥式电路而构成。另外，从已调波发生部14输出的已调波(载波)，其周期必须足够小于逆变器部3的电路的时间常数，例如形成为20kHz的矩形波。
滤波电路13，是仅使从半导体电桥电路12输出的正弦波状的交流电压所包含的频率成分中的、被供给于负载设备的频率成分(50Hz或60Hz的正弦波)通过，并阻止通过半导体电桥电路12中的脉宽调制产生的高次谐波成分的滤波器。滤波电路13配置于半导体电桥电路12和负载设备之间的主电路上，并由串联插入主电路的滤波电感器(filter inductor)21和并联插入主电路的滤波电容器(filter capacitor)22构成。
UPS1的控制部4包括：检测本机的运转状态的测定输入部26，识别滤波电路13的电路常数的系统识别(System Identification)部27，以及判定本机的故障并生成故障判定信号的故障判定部28。
测定输入部26是检测UPS1内部的电压或电流的瞬时值的装置，包括：检测作为瞬时值的直流环节电压Edc(t)的直流环节电压检测部31，检测作为瞬时值的逆变电压(输出电压)v0(t)的逆变电压检测部32，以及用于检测流经滤波电感器21的电感电流is的瞬时值is(t)的电感电流检测部33。通过直流环节电压检测部31检测出的直流环节电压Edc(t)，在放大器35中被形成为1/2倍后，在乘法器36中被乘以瞬时电压指令值u(t)。然后，通过乘法器36得到的积“{Edc(t)/2}×u(t)”被输入减法器37。减法器37，从通过乘法器36得到的积“{Edc(t)/2}×u(t)”中减去通过逆变电压检测部32得到的逆变电压v0(t)，并将其差作为瞬时电压偏差信号w(t)而输出。因此，瞬时电压偏差信号w(t)在时域中表示为：
w(t)＝{Edc(t)/2}×u(t)-v0(t) (7)
系统识别部27，使用通过测定输入部26得到的瞬时电压偏差信号w(t)和由电感电流检测部33得到的电感电流is的瞬时值is(t)，识别作为主电路的电路常数之一的、逆变器部3的内电阻23的值rs。其依据是，在将逆变器部3作为动态系统而进行捕捉、且将其传递函数作为G(s)时，动态系统的输入w(s)和输出y(s)的关系表示为：
y(s)＝G(s)w(s) (8)
在此，“s”是拉普拉斯算子。即，系统识别部27，是使用被测定的输入w(s)和输出y(s)从算式(8)的关系推断逆变器部3的电路常数的装置。
具体地说，系统识别部27通过系统识别理论而推断逆变器部3的传递函数的参数。例如，通过分别将测定输入“w”和测定输出“y”选择为
w＝(Edc/2)×u-v0 (9)
y＝is (10)，
而能够将逆变器部3的传递函数表示为
G(s)＝1/(rs+sLF) (11)。
这是因为，主电路、即除了控制部4以外的电路的电路方程式在拉普拉斯变换表示中被表示为“v1-v0＝(rs+sLF)×is”。在此，v1是电桥电压，为“{Edc/2}×u”，由该两个算式得出电感电流is为“{1/(rs+sLF)×{(Edc/2)×u-v0}”，从而能够由上述算式(8)、算式(9)的“w”、以及算式(10)的“y”得到算式(11)的G(s)。另外，“LF”是滤波电感器21的电感值，“s”是拉普拉斯算子。
在此，能够将系统识别部27作为系统识别处理的对象的逆变器部3作为离散系统而进行处理，其中，离散系统通过利用来自已调波发生部14的已调波(载波)周期性地接通/断开(ON/OFF)直流环节电压Edc，而生成正弦波状的交流电压。因此，被拉普拉斯变换表示的算式(11)的传递函数G(s)，在已调波(载波)的周期、即离散系统中的取样周期(samplingperiod)为Ts时，如以下那样被z变换表示。
G(z)＝Ts/(LFz-LF+rsTs) (12)
在此，“z”为z变换算子。
被z变换表示的算式(12)的传递函数G(z)，表示将作为系统识别处理的对象系统的逆变器部3作为一阶系统而进行处理即可。一阶系统的传递函数G(z)，一般表现为：
G(z)＝b/(z+a) (13)
因此，将算式(12)和算式(13)进行比较，对逆变器部3的内电阻23的值rs和滤波电感器21的电感值LF进行求解的话，则能够得出
rs＝(1+a)/b (14)
和
LF＝Ts/b (15)
另一方面，将算式(14)和算式(15)进行比较，对未知的参数a和b进行求解的话，则能够得出
a＝-1+(rsTs/LF) (16)
和
b＝Ts/LF (17)
另外，以下将均为未知的参数a和b也称为推断参数。
但是，若UPS1常的话，通过算式(14)而设定的主电路的内电阻23的值rs和通过算式(15)而设定的滤波电感器21的电感值LF，均应该成为接近额定值的值。另一方面，若UPS1发生某种故障的话，上述值均应该与额定值相差很大。因此，UPS1能够根据通过系统识别部27使用逆变器部3的内部信息进行的递归识别处理而得到的逆变器部3的电路常数的值进行故障判定，其中，逆变器部3的内部信息是作为逆变器部3的内部的信息的电压指令值u、直流环节电压Edc、逆变器部3的输出电压v0、以及电感电流is。
接着，参照图1所示的UPS1的方框图和图2所示的处理程序的流程图，对上述系统识别部27中的递归识别处理的具体方法进行说明。另外，以下所说明的处理不需要经常地连续地进行，只要通过每隔一定时间进行中断处理而重复进行即可。进行中断处理的间隔，与作为对象的系统的取样周期相同，通常形成为与通过逆变器部3的已调波发生部14生成并被输入半导体电桥电路12的门极15的已调波(载波)的周期Ts一致。例如，在逆变器部3的载波的频率为20kHz时，每隔50μsec进行中断处理。
首先，在步骤S1中仅进行相当于周期Ts的时间的中断等待处理后，在步骤S2中进行初始设定。该初始设定对系统识别处理所使用的参数类赋予初值。即，系数λ、系数γ、矩阵P、矩阵θ、以及测定输入w、测定输出y的初值，分别如以下那样设定。在此，P是(2，2)矩阵，θ和ζ是(2，1)矩阵。另外，θ的上段的第一成分是算式(16)的参数a，下段的第二成分是算式(17)的参数b。
＝0.998 (18)
γ＝100000 (19)
y_1＝0 (22)
w_1＝0
系数λ的初值为小于1且接近1的实数，系数γ的初值为尽可能大的实数。主电路的内电阻23的值rs的初值rs0和滤波电感器21的电感值LF的初值LF0，分别为额定值。另外，测定输出y和测定输入w的初值为第1取样前的初值。另外，关于上述各参数类，之后进行叙述。
接着，在步骤S3中，通过测定输入部26检测出的UPS 1的逆变器部3的电路信息被输入系统识别部27。具体地说，直流环节电压Edc的瞬时值Edc(t)、逆变电压(输出电压)v0的瞬时值v0(t)、电感电流is的瞬时值is(t)、以及正弦波状的瞬时电压指令值u(t)，分别被锁定(latch)并被输入。
然后，在步骤S4中，测定输入w和测定输出y如以下那样被设定。
w＝(Edc/2)×u-v0 (23)
y＝is (24)
接着，在步骤S5中进行递归识别处理，识别上述两个未知参数a和b。具体地说，执行根据以下推断法则的递归最小二乘法识别程序。
e＝y-θ’ζ (26)
θ＝θ+Pζe (28)
y_1＝y (29)
w_1＝w
即，相对于将均是已知的参数的测定输入w和测定输出y作为成分的算式(25)的测定输入输出参数的矩阵ζ，偏差(误差)e如算式(26)那样表示的话，通过算式(27)的关系推断使偏差e为最小的参数。在此，以未知的参数a和b作为成分的推断参数的矩阵θ，通过算式(28)被依次更新。另外，作为均是已知的参数的测定输入w和测定输出y，通过算式(29)被依次更新。
接着，在步骤S6中，抽出作为未知参数的a和b的识别值。另外，由算式(16)、算式(17)、及算式(21)明显可知，参数a是矩阵θ的第一成分，参数b是矩阵θ的第二成分。
然后，在步骤S7中，使用步骤S6中被识别的参数a和b，并利用以下的关系算出逆变器部3的主电路的内电阻23的值rs。另外，以下的关系与算式(14)相同。
rs＝(1+a)/b (30)
接着，在步骤S8中进行UPS1的故障判定。该故障判定是，故障判定部28使用在步骤S7中系统识别部27算出的、逆变器部3的主电路的内电阻23的值rs而进行的。具体地说，故障判定部28经常监视通过系统识别部27算出的内电阻23的值rs是否在下限值和上限值之间，并通过例如
若下限值＜rs＜上限值则故障＝0、否则故障＝1 (31)
这样的判定法，判定UPS1是否发生某种故障。即，若rs的值超过下限值且不满上限值的话，则作为故障判定信号的值而输出“0”，若rs的值不在该范围内的话，则将故障判定信号的值作为“1”而输出。即，故障判定部28，若rs的值在下限值和上限值之间的话，则在步骤S9中将输出的故障判定信号(故障信号)的值保持为“0”，然后，返回步骤S1并进行中断等待处理。另外，也可以在rs的值为下限值以上且上限值以下(下限值≤rs≤上限值)时，输出故障判定信号“0”，除此之外的情况下输出故障判定信号“1”。另外，也可以将算式(31)的左项或右项的一方作为“≤”，而另一项作为“＜”。
在此，内电阻23的值rs的下限值和上限值，均被设定为UPS1处于通常的运转状态的话便无法估计的程度的极端值。例如，将下限值设定为假设发生短路故障时的0，将上限值设定为假设发生断线故障时的额定值(即，额定电压/额定电流)。由于逆变器部3的主电路的内电阻23的值rs通常为额定值的5％左右，因此，采用这样的设定的话，利用故障判定部28的故障判定被准确地进行。
另一方面，在步骤S8中，内电阻23的值(电阻值)rs的值由于某种原因而脱离上述范围时，则进入步骤S10，并将输出的故障判定信号的值变更为“1”。然后，在步骤S11中，判定为发生故障的UPS1被选择切断并从并联运转状态中脱离。该选择切断通过断路开关5而进行。在此，断路开关5在被输入的故障判定信号的值为“0”时，保持闭合状态，并维持UPS1和电源系统的母线6、6的连接状态。另一方面，故障判定信号的值变更为“1”的话，断路开关5呈打开状态而将主电路切断，并将UPS1从电源系统的母线6、6断开。从控制部4的故障判定部28输出的故障判定信号，通过反相放大器(inverting Amplifier)(缓冲器)56而被输入串联插入于主电路的断路开关5的各开关51、51的门极54、54，断路开关5根据该故障判定信号而被进行开关控制。
然后，最后在步骤S12中，使在步骤S11中被判定为发生故障并从电源系统中断开的UPS1的运转停止，从而一系列的处理结束。
接着，参照模拟结果对以上说明的本发明实施形态涉及的UPS1的动作进行说明。以下的模拟例，是假设并联冗余运转(parallel redundantrunning)的四台UPS1依次发生短路故障的情况的例子。各UPS1中的短路故障是，通过将如图3所示那样与逆变器部3并联地配置的短路开关61闭合，模拟地使例如逆变器部3的半导体电桥电路12的一侧(在此为上侧、即正电势侧)短路的情况。
模拟所使用的主要的电路参数如下。即，负载设备是电阻性负载(resistive load)，每台UPS1的负载容量为2.5kW。逆变器部3通过单相半桥而构成，脉宽调制的已调波(载波)的频率为20kHz，交流输出的基频为50Hz。直流电源的电压(直流环节电压)Edc是，一号机为408V、二号机为449V、三号机为471V、四号机为460V。另外，被插入UPS1的主电路的滤波器的电路常数为，滤波电感器21的电感值LF＝640μH、内电阻23的值rs＝0.15Ω、滤波电容器22的电容值CF＝20μF，且在一号机至四号机的全部中共同地使用。另外，作为内电阻23的值(电阻值)rs，可以使用上述的通过系统识别部27算出的值。
图4表示使用上述的电路参数而进行的模拟的结果。图4的最上段表示并联连接有四台UPS1的电源系统的母线电压v0。另外，图4的第二段～第五段，分别表示UPS1的一号机、二号机、三号机、以及四号机的输出电流i1、i2、i3以及i4。该模拟，假设在并联冗余运转的四台UPS1中从基准时刻(0sec)开始，经过0.025sec后一号机发生短路故障，0.09sec后二号机发生短路故障，进而0.175sec后三号机发生短路故障的情况。
由图4明显可知，并联冗余运转的四台UPS1的各输出电流i1、i2、i3及i4，即使他机发生故障也未变化，而且，在本机发生故障的情况下立即变为“0”。在此表示，虽然各UPS1按故障的发生顺序(即，一号机→二号机→三号机的顺序)被切断并从并联运转状态中脱离，但是，由于在这期间正常机也继续运转，因此母线电压v0几乎未发生变化。由该结果可知，并联运转的各UPS1准确地进行了选择切断动作。
图5是放大表示图4所示的母线电压v0和一号机、二号机的输出电流i1、i2的模拟结果的一部分的图。在时刻0.025sec上一号机发生短路故障的话，一号机的输出电流i1如图5的下段所示，虽然瞬间增加，但是之后被进行选择切断而变为0(zero)。一号机被选择切断而从并联运转状态脱离时，虽然如图5的上段所示母线电压v0瞬间稍微降低，二号机的输出电流i2如图5的下段所示瞬间稍微上升，但是，对作为正常机的二号机的运转状态几乎没有影响。在该模拟例中，从发生短路故障至被进行选择切断所需的时间为约250μsec，即约0.0125周期。另外，在此交流输出的基频为50Hz，因此一周期为1/50sec。由该结果可知，本发明实施形态涉及的UPS1能够在比交流输出的基频的一周期充分短的时间内完成选择切断。
图6表示UPS1发生短路故障时从故障判定部28输出的故障判定信号(故障信号)。图6的第一段所示的一号机的故障判定信号的值，在一号机发生故障的时刻0.025sec上从“0”变为“1”。另外，图6的第二段所示的二号机的故障判定信号的值，在二号机发生故障的时刻0.09sec上从“0”变为“1”，图6的第三段所示的三号机的故障判定信号的值，在三号机发生故障的时刻0.175sec上从“0”变为“1”。另外，未发生故障的四号机的故障判定信号的值，如图6的第四段所示仍然为“0”。由该结果可知，在并联冗余运转的各UPS1中故障判定被准确地进行。另外，在该模拟例中，选择切断所需时间为400μsec以下。
图7表示关于各UPS1中的主电路的内电阻23的值rs的模拟结果。在此，在0.10Ω和0.15Ω之间变动的直线，是从一号机至四号机的内电阻23的值(电阻值)rs的识别值，虚线表示一号机从那时的识别值中脱离的情况，点划线表示二号机从那时的识别值中脱离的情况，上下及左右的直线表示三号机从那时的识别值中脱离的情况。由此可知，在一号机至三号机的各UPS1中，在发生短路故障的瞬间，内电阻23的值rs的值接近0。由该结果可知，通过使用利用系统识别部27计算出的内电阻23的值(电阻值)rs的值，能够准确地进行故障判定。另外，内电阻23的值rs的实值为0.15Ω。
另外，构成本发明实施形态涉及的UPS1的主要部分的电路，为了最大限度地发挥通过利用本机内的信号的瞬时值而能够高速地进行故障判定和选择切断的效果，而要求由硬件(固件)构成。另外，只要能够实现通过算式(18)～算式(31)所表示的一系列的处理，具体的电路便可以为任意的电路，适当地考虑处理所需时间或处理精度、构成的容易度等而决定即可。
如以上所说明，采用本发明实施形态涉及的无断电电源装置1(UPS1)的话，可以使用均为本机内的信息的电压指令值u、直流环节电压Edc、逆变电压v0、以及电感电流is进行故障判定。因此，即使在与其他的UPS并联运转的情况下，也不需要使用与他机共同的信息，从而可以不受他机的影响而进行本机的故障判定。另外，采用本发明实施形态涉及的UPS1的话，由于能够使用本机内的电压或电流的瞬时值而进行故障判定，因此，与使用一周期延迟信号而进行故障判定的现有的UPS不同，能够在比基频(50Hz或60Hz)的一周期充分短的时间内进行选择切断。进而，通过进行递归处理，也能够在使UPS1运转的同时识别未知的电路常数。
以上，对本发明实施形态涉及的UPS1进行了说明，但是，只要不脱离本发明的要旨便能够实施各种变更。例如，在本发明的实施形态中，作为在UPS1的系统识别部27中进行的递归处理为最小二乘法而进行了说明。采用这样的构成的话，能够比基于其他系统识别程序的情况更简单地进行递归识别处理。但是，对系统识别的程序没有限制，除了上述的最小二乘法以外，也可以使用放大最小二乘法、广义最小二乘法(GeneralizedLeast Square Method)、偏差补偿最小二乘法(Bias-compensated LeastSquares Method)、辅助变量法(Instrumental Variable Method)、预测误差法(Prediction Error Method)等的各种识别程序。
另外，在以上的说明中，假设本发明实施形态涉及的UPS1与其他的UPS并联运转的情况，但是，本发明实施形态涉及的UPS1当然也可以单独地运转。另外，本发明实施形态涉及的UPS1，即使与电源容量不同的其他的UPS混在一起并联运转也没有问题，且即使在该情况下也能够独立地进行本机的故障判定，因此能够进行稳定的并联运转。
上述UPS1是，将直流电压变换为交流电压后供给于负载设备的无断电电源装置，设有识别本机的内阻抗(内电阻23的值rs)，并捕捉该值的异常变动而进行故障判定的控制部4。但是，控制部4也可以识别电感值LF。因此，也可以检测出该电感值LF的变化而进行故障判定。
另外，上述UPS1设有：具有半导体电桥电路12和滤波电路13的逆变器部3，以及根据控制部4的故障判定将逆变器部3与负载设备连接或切断的断路开关5，其中，半导体电桥电路12通过根据电压指令值u调制直流电压而生成正弦波状的交流电压，滤波电路13被串联插入半导体电桥电路12和负载设备之间。该断路开关5除了机械地进行连接或切断的开关外，还可以是电气地进行连接或切断的半导体开关等。
进而，上述UPS1的控制部4具有系统识别部27和故障判定部28，其中，系统识别部27通过使用逆变器部3的已知的电路信息进行递归识别处理，而计算逆变器部3的未知的电路常数，故障判定部28根据通过系统识别部27计算出的未知的电路常数而生成故障判定信号。将这些系统识别部27或故障判定部28配置于UPS1的内部，但是，也可以配置于UPS1的外部。另外，控制部4也可以配置于UPS1的外部。
另外，系统识别部27，作为已知的电路信息使用电压指令值u、直流环节电压Edc、逆变器部3的输出电压v0、以及流经滤波电路13中的滤波电感器21的电感电流is，而计算逆变器部3的内电阻23的值rs。采用这样的构成的话，能够将故障判定中使用的主电路的内电阻23的值rs设定为若处于通常的运转状态的话便无法估计的程度的极端值，因此，能够进行准确的故障判定和选择切断。但是，除了这些值之外，也可以利用其他的值、例如成为使用逆变器部3的电路常数而生成的电感电流is的估计值的模拟值is’(t)。此时，能够利用流经滤波电路13中的滤波电感器21的电感电流is的瞬时值is(t)、与成为使用逆变器部3的电路常数而生成的电感电流is的估计值的模拟值is’(t)的偏差Δis(t)，生成故障判定信号，且生成两个故障判定信号。
本申请要求的优先权为2007年10月23日提交的申请号为2008-273609的日本专利申请，其内容通过引用被合并于此。