JP2007189861A - 無停電電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】並列冗長が失われる状態を自動検出して警報を発することにより、稼働率を向上させることが可能な無停電電源システムを提供する。
【解決手段】 商用電源２から供給される交流を直流に変換するコンバータ４と、コンバータ４の直流出力及び外部に設けられた蓄電池５からの直流を交流に変換して共通の負荷９へ供給するインバータ６と、負荷９への電力供給をインバータ６側及びバイパス用の商用電源３側の何れかに選択的に切換える切換回路とから成る複数台の無停電電源装置１から構成される無停電電源システムにおいて、各々の無停電電源装置１は、その出力容量を検出する出力容量検出手段２２と、全体システムとして並列冗長性が成立するための許容負荷を検出する許容負荷容量検出手段２４とを有し、出力容量が許容負荷を超えたとき、警報信号を発するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は無停電電源システムに関し、特に複数台の無停電電源装置を並列運転させるように構成した無停電電源システムに関する。

従来の無停電電源システムにおける無停電電源装置は、交流入力電源と商用電源の２つの電源を入力としている。通常、無停電電源装置は、交流入力電源を入力とし、コンバータを介して交流を直流に変換し、蓄電池への充電とインバータへの電力を供給する。そしてインバータは、インバータ側開閉器と負荷開閉器を介して負荷へ給電を行う。

交流入力電源が停電した場合、コンバータは停止（ゲートブロック）し、蓄電池からの直流電力を入力としたインバータがインバータ側開閉器と負荷開閉器を介して負荷へ給電を行う。このようにして負荷に対して電力供給を継続することができる。

そして、インバータを保守点検する場合、或いはインバータが何らかの原因で故障停止した場合にはインバータ側開閉器を開放し、負荷開閉器をバックアップ用の商用電源側に切り換えてバックアップ運転を行なう。

上記のバックアップ運転中に商用電源が停電すると、負荷への給電ができなくなる。このバックアップ運転をなるべく行なわないシステム構成として並列冗長システムがある。この並列冗長システムは、Ｎ台の無停電電源装置を並列運転して負荷に給電し、各々の無停電装置の容量は、Ｎ台のうち例えば１台が故障停止しても（Ｎ−１）台で負荷に給電可能な容量を選定する。

このような並列冗長システムを採用すれば、通常運転時に１台の無停電電源装置が故障停止しても、当該故障停止した無停電電源装置のインバータ側開閉器を切り離すだけで運転継続が可能であるので、信頼性の高い無停電電源システムを実現できる。

上述した並列冗長システムであっても、例えばＮ台のうち１台の無停電電源装置を保守している状態で運転中に他の１台の無停電電源装置が故障停止すると、全ての無停電電源装置インバータ側開閉器を開放し、負荷開閉器を商用電源側に切り換えてバックアップ運転を行なう。このバックアップ運転状態において、負荷が過大で過電流が継続する場合には別途設けられた保守用バイパス回路に切り換えて運転継続する提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。
特開２００４−５６９１８号公報（第３−４頁、図１）

特許文献１に示された手法によれば、無停電電源システムの稼働率は向上する。しかしながら、商用電源によるバックアップまたは保守用バイパス回路によるバックアップ運転は最後の手段である。この理由は、バックアップ運転中に停電が生じたとき、システムが完全に停止してしまうからである。従って、例えば１台のインバータを保守点検中に並列冗長性が失われる状態を自動的に検出することができれば、当該インバータを速やかに並列復帰させて、並列冗長システムとしての運転を維持し、稼働率を更に向上させることが可能となる。

本発明は、上記に鑑み為されたもので、並列冗長が失われる状態を自動検出して警報を発することにより、稼働率を向上させることが可能な無停電電源システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の発明である無停電電源システムは、交流電源から供給される交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータの直流出力または外部に設けられた蓄電池からの直流を交流に変換して共通の負荷へ供給するインバータと、
前記負荷への電力供給を前記インバータ側及びバイパス用商用電源側の何れかに選択的に切換える切換手段とから成る無停電電源装置複数台で構成され、前記各々の無停電電源装置は、当該無停電電源装置の出力容量を検出する出力容量検出手段と、全体システムとして並列冗長性が成立するための許容負荷を検出する許容負荷容量検出手段とを有し、
前記出力容量が前記許容負荷を超えたとき、警報信号を発するようにしたことを特徴としている。

また、本発明の第２の発明である無停電電源システムは、交流電源から供給される交流を直流に変換するコンバータと、このコンバータの直流出力または外部に設けられた蓄電池からの直流を交流に変換して共通の負荷へ供給するインバータとから成る無停電電源装置複数台と、前記負荷への電力供給を前記インバータ側及びバイパス用商用電源側の何れかに選択的に切換える共通の切換手段とから構成され、前記各々の無停電電源装置は、当該無停電電源装置の出力容量を検出する出力容量検出手段と、全体システムとして並列冗長性が成立するための許容負荷を検出する許容負荷容量検出手段とを有し、前記出力容量が前記許容負荷を超えたとき、警報信号を発するようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、並列冗長が失われる状態を自動検出して警報を発することにより、稼働率を向上させることが可能な無停電電源システムを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下、本発明の実施例１に係る無停電電源システムを図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係る無停電電源システムの回路構成図である。

無停電電源装置１ａ、１ｂは、共通に設けられた交流入力電源２から商用の交流が供給されている。また、共通に設けられた商用電源３からも交流が供給されている。

交流入力電源２から無停電電源装置１ａ、１ｂに供給される交流は、夫々無停電電源装置１ａ、１ｂ内のコンバータ４ａ、４ｂによって直流に変換される。コンバータ４ａ、４ｂの直流出力部には、無停電電源装置１ａ、１ｂの外部に設けられた蓄電池５ａ、５ｂが夫々接続されている。コンバータ４ａ、４ｂの直流出力は夫々インバータ６ａ、６ｂの入力となる。インバータ６ａ、６ｂは、夫々切換え開閉器７ａ、７ｂ及び負荷開閉装置８内の負荷開閉器８ａ、８ｂを介して共通の負荷９に交流を給電している。ここで、通常は蓄電池５ａ、５ｂは夫々コンバータ４ａ、４ｂ、或いは他の充電回路から充電される構成となっているが、交流入力電源２が停電したとき、この直流出力を夫々インバータ６ａ、６ｂに給電する。

商用電源３から、無停電電源装置１ａ、１ｂに与えられる交流は、夫々半導体スイッチ１０ａ、１０ｂとこの半導体スイッチ１０ａ、１０ｂに並列に設けられたバイパス用開閉器１１ａ、１１ｂを介して切換え開閉器７ａ、７ｂの出力側に給電される。従って、無停電電源装置１ａにおける切換え開閉器７ａ、半導体スイッチ１０ａ及びバイパス用開閉器１１ａは、インバータ６ａから負荷９に給電するか、あるいは商用電源３から負荷９に給電するかを切換える切換え回路を形成している。これは無停電電源装置１ｂについても同様である。尚、半導体スイッチ１０ａ、１０ｂは切換え時に商用電源給電とインバータ給電を短時間だけオーバーラップさせる為に設けられている。

通常の単一の無停電電源システムにおいては、インバータ６ａまたは６ｂが故障停止したとき或いは保守のため停止するときに上記の商用電源３からのバイパス給電系統に自動的に切換わるように構成される。

しかしながら、本発明においては、常時はインバータ６ａとインバータ６ｂが並列運転する並列冗長システムを考えているため、何れか１台のインバータが切り離されても商用電源３からのバイパス給電系統には切換わらない構成となっている。

以上、本発明の主回路構成について説明した。以下に本発明のポイントとなる制御部分について説明する。尚、以下の説明において、無停電電源装置１ａと１ｂとでは、その制御部分が同一であるので、無停電電源装置１ａについてのみ説明を行ない、無停電電源装置１ｂの説明は省略する。

負荷開閉器８ａの入力電流は電流検出器２１ａによって検出される。この瞬時電流検出値は最大負荷検出回路２２ａに入力される。最大負荷検出回路２２ａは例えば、第１の所定時間分著低地以上継続する負荷電流を常時監視し、この負荷電流の第２の所定時間内の最大値を負荷容量に換算して出力して比較器２３ａの一方の入力とする。あるいは、第３の所定時間における実効電流を演算で求めてこれを負荷容量に換算する。このように時間要素を入れれば、過渡現象やノイズ等の影響を軽減することが可能となる。

比較器２３ａの他方の入力には、詳細は後述する許容負荷算定回路２４ａの出力が与えられる。許容負荷算定回路２４ａには、無停電電源装置１ａの運転制御を管理する運転制御回路２５ａからの運転信号と、並列冗長系を構成する他の無停電電源装置１ｂからの運転信号が与えられる。そして比較器２３ａは許容負荷算定回路２４ａの出力である許容負荷より、最大負荷検出回路２２ａの出力である負荷容量が大きいとき、警報信号を出力する。

以上の実施例１の説明において、簡単のため並列冗長システムを構成する無停電電源装置は２台としたが、これをＮ（Ｎは３以上の整数）台に拡張しても良い。

図２は本発明の許容負荷算定回路２４の内部構成図である。

並列冗長システムを構成する全ての無停電電源装置の運転信号は、無停電電源装置運転台数検出回路３１に与えられ、ここで現在の無停電電源装置運転台数（Ｎ）が求められる。この運転台数（Ｎ）と、事前に無停電電源装置システム台数設定器３２によって設定された無停電電源装置システム台数とを最大値検出回路３３によって比較し、大きい方の値を最大値（Ｎｍａｘ）として判定回路３４の一方の入力とする。判定回路３４の他方の入力には無停電電源装置運転台数検出回路３１の出力である運転台数（Ｎ）が与えられ、最大値（Ｎｍａｘ）と運転台数（Ｎ）の大小判定を行なう。

判定回路３４で、運転台数（Ｎ）と最大値（Ｎｍａｘ）が等しいと判定されたときには、
判定回路３４は切換器３６を設定回路３５ａ側に選択する。判定回路３４で、運転台数（Ｎ）と最大値（Ｎｍａｘ）が等しくないと判定されたときには、判定回路３４は切換器３６を設定回路３５ｂ側に選択する。そして、切換器３６の出力は、許容負荷調整回路３７の入力となり、許容負荷調整回路３７は、無停電電源装置システムの運転台数に応じて、並列冗長システムが成立する許容負荷（ｋＶＡ）を出力する。

上記において設定回路３５ａが選択されるのは、運転台数（Ｎ）と最大値（Ｎｍａｘ）が等しい場合であるので、並列冗長システムが基本的に機能している状態である。従って、設定回路３５ａは無停電電源装置の定格容量を出力する。このとき、許容負荷調整回路３７は並列冗長システムにおける負荷分担の偏り分の余裕などを考慮して、例えば、この定格容量の９０％を出力するようにすれば良い。

上記において設定回路３５ｂが選択されるのは、運転台数（Ｎ）が最大値（Ｎｍａｘ）より小さい場合である。このとき、Ｎ台のうち１台が停止しても、負荷９を運転継続することができるように設定回路３５ｂを設定する必要がある。従って、設定回路３５ｂは無停電電源装置の定格容量に（Ｎ−１）／Ｎを乗じた値とする。このとき、許容負荷調整回路３７の設定は、運転台数（Ｎ）と最大値（Ｎｍａｘ）が等しい場合と同様の考え方で行なえば良い。

例えば、１５００ｋＶＡの負荷に対して、５００ｋＶＡの無停電電源装置４台を使用して並列冗長システムを構成する場合を考える。このとき、４台全てが運転されていれば、
上記においてＮ＝Ｎｍａｘ＝４となるので、許容負荷算定回路２４の出力は定格容量の５００ｋＶＡとなる。また、４台中３台が並列運転されている場合は、許容負荷算定回路２４の出力は５００ｋＶＡ×（３−１）／３＝３３３ｋＶＡとなる。同様に４台中２台が並列運転されている場合は、許容負荷算定回路２４の出力は５００ｋＶＡ×（２−１）／２＝２５０ｋＶＡとなる。

以上説明したように、本発明によれば、並列冗長性が失われる状態を自動的に検出することが可能となり、このとき警報を出力することができる。例えば、１台の無停電電源装置を保守点検中に負荷９の負荷率が増加して、この警報が出力されたとき、速やかに保守を中止して当該無停電電源装置をシステムに併入すれば、並列冗長性を回復することが可能となる。また、負荷率が低いとき、省エネのため故意に並列冗長を構成する無停電電源システムのうち例えば１台を解列運転している状態で負荷が増大し、上記警報信号が出力されたとき、この警報信号をトリガとして当該無停電電源装置を自動的に併入することもできる。更に、定格負荷を超える負荷率で運転されているとき、バイパス給電側に切換わりバイパス給電側の負荷容量が不足のために生じる機器の破損の恐れを警報信号によって未然に防止することも可能となる。

この実施例１においては、全ての無停電電源装置の内部構成が同一となっているので、標準化に好適である。電流検出器２１ａ、２１ｂは従来制御用などに使用されていたものを流用することが可能であり、新たに設ける必要はない。

また、本発明によれば、当初システム台数を少なくし、負荷容量の増大に伴って無停電電源装置を増設して並列冗長システムとするような場合、従来に比して非常に簡単にこれを行なうことが可能となる。尚この場合、無停電電源装置システム台数設定器３２の設定を変更しなくても並列冗長システムとして機能させることが可能である。

図３は本発明の実施例２に係る無停電電源システムの回路構成図である。

この実施例２の各部について、図１の実施例１に係る無停電電源システムの回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、無停電電源装置１ａ、１ｂの構成要素であった切換え開閉器７ａ、７ｂ、半導体スイッチ１０ａ、１１ａ並びにバイパス用開閉器１１ａ、１１ｂに代えて全体に共通するバイパス切換え装置１２を設け、このバイパス切換え装置１２内の切換え開閉器７、半導体スイッチ１０及びバイパス用開閉器１１によって一括して無停電電源装置からの給電を商用電源３からのバイパス給電に切換えるように構成した点である。

以上のシステム構成によれば、負荷開閉装置８の出力は切換え開閉器７を介して負荷９に接続される。従って、無停電電源装置１ａ及び１ｂで構成される並列冗長システムの並列冗長性が失われたとき、無停電電源装置側に継続給電ができなくなるトラブルが発生したときは、半導体スイッチ１０及びバイパス用切換え開閉器１１を用いて一括して商用電源３からのバイパス給電に切換える。

このように、バイパス給電への切換え機能を個々の無停電電源装置に持たせないように構成した無停電電源システムにおいても、実施例１の場合と同様に並列冗長性が失われる状態を自動的に検出することが可能となり、無停電電源システムの稼働率を向上させることができる。

尚、この実施例２においても実施例１の場合と同様、無停電電源装置を標準化することが可能となる。また、バイパス給電側の設備容量を予め考慮しておけば増設などの対応も容易となる。

本発明の実施例１に係る無停電電源システムの回路構成図。 本発明の許容負荷算定回路の内部構成図。 本発明の実施例２に係る無停電電源システムの回路構成図。

符号の説明

１ａ、１ｂ 無停電電源装置
２ 交流入力電源
３ 商用電源
４ａ、４ｂ コンバータ
５ａ、５ｂ 蓄電池
６ａ、６ｂ インバータ
７、７ａ、７ｂ 切換え開閉器
８ 負荷開閉装置
８ａ、８ｂ 負荷開閉器
９ 負荷
１０、１０ａ、１０ｂ 半導体スイッチ
１１、１１ａ、１１ｂ バイパス用開閉器
１２ バイパス切換え装置

２１ａ、２１ｂ 電流検出器
２２ａ、２２ｂ 最大負荷検出器
２３ａ、２３ｂ 比較器
２４、２４ａ、２４ｂ 許容負荷算定器
２５ａ、２５ｂ 運転制御回路

３１ 無停電電源装置運転台数検出回路
３２ 無停電電源装置システム台数設定器
３３ 最大値検出回路
３４ 判定回路
３５ａ、３５ｂ 設定回路
３６ 切換器
３７ 許容負荷調整回路

Claims (6)

1. 交流電源から供給される交流を直流に変換するコンバータと、
   このコンバータの直流出力または外部に設けられた蓄電池からの直流を交流に変換して共通の負荷へ供給するインバータと、
   前記負荷への電力供給を前記インバータ側及びバイパス用商用電源側の何れかに選択的に切換える切換手段と
   から成る無停電電源装置複数台で構成され、
   前記各々の無停電電源装置は、
   当該無停電電源装置の出力容量を検出する出力容量検出手段と、
   全体システムとして並列冗長性が成立するための許容負荷を検出する許容負荷容量検出手段と
   を有し、
   前記出力容量が前記許容負荷を超えたとき、警報信号を発するようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
2. 交流電源から供給される交流を直流に変換するコンバータと、
   このコンバータの直流出力または外部に設けられた蓄電池からの直流を交流に変換して共通の負荷へ供給するインバータと
   から成る無停電電源装置複数台と、
   前記負荷への電力供給を前記インバータ側及びバイパス用商用電源側の何れかに選択的に切換える共通の切換手段と
   から構成され、
   前記各々の無停電電源装置は、
   当該無停電電源装置の出力容量を検出する出力容量検出手段と、
   全体システムとして並列冗長性が成立するための許容負荷を検出する許容負荷容量検出手段と
   を有し、
   前記出力容量が前記許容負荷を超えたとき、警報信号を発するようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
3. 前記許容負荷容量検出手段は、
   各々の無停電装置の運転信号に基づいて無停電電源装置の運転台数Ｎを検出する手段と、
   予め設定された無停電電源システム台数と前記運転台数Ｎのうち、大きい方の最大台数Ｎｍａｘを演算する手段を有し、
   前記運転台数Ｎと前記最大台数Ｎｍａｘが等しいとき、前記許容負荷容量は前記無停電電源装置の定格容量とし、
   前記運転台数Ｎと前記最大台数Ｎｍａｘが異なるとき、前記許容負荷容量は前記無停電電源装置の定格容量に（Ｎ−１）／Ｎを乗じた値とするようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無停電電源システム。
4. 前記無停電電源装置の定格容量に所定の低減率を乗じるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の無停電電源システム。
5. 前記出力容量検出手段は、第１の所定時間内に所定値以上継続する負荷電流を常時監視し、この負荷電流の第２の所定時間内の最大値を負荷容量に換算して検出するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無停電電源システム。
6. 前記警報信号が発せられたとき、待機中の無停電電源装置を自動的に併入運転するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無停電電源システム。

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