JP2007306643A

JP2007306643A - 無停電電源システム

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Publication number: JP2007306643A
Application number: JP2006129733A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Umezawa; 一喜梅沢
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-05-09
Also published as: JP4462230B2

Abstract

【課題】２重系の無停電電源システムの給電信頼性を改善する。
【解決手段】第１電力系統１０と第２電力系統２０とが健全なときに何れか１系統を選択し、第１バイパススイッチ１５および第２バイパススイッチ２５に電力を供給するバイパス電源選択スイッチ３２を設け、また、第１および第２の電力系統に対応したＵＰＳ１１〜１３の出力およびＵＰＳ２１〜２３の出力が共に第１電力系統１０の出力に位相同期した状態で、負荷系統１００および２００のそれぞれに給電中に、負荷系統２００に過電流が発生したときには、ＵＰＳ２１〜２３の運転を停止して、第２バイパススイッチ２５がオン状態に切り替わることにより、負荷系統２００に第１系電力系統１０から給電することにより、全体としての給電信頼性を改善する。
【選択図】図１

Description

この発明は、並列冗長式無停電電源装置とバイパススイッチと給電切替スイッチとをそれぞれ２組備え、２組の負荷系統に給電する３相出力の無停電電源システムに関する。

図４は、この種の無停電電源システムの従来例を示す回路構成図であり、１０は商用電力系統などと自家発電設備とからなる第１電力系統（以下、Ａ系電力系統とも称する）、１１〜１３は第１並列冗長式無停電電源装置を形成する無停電電源装置（以下、ＵＰＳ１１〜１３と称するとともに、これらの総称としてＡ系ＵＰＳとも称する）、１５はサイリスタスイッチと回路遮断器とからなる第１バイパススイッチ（以下、Ａ系バイパスＳＷとも称する）、１６は２組のサイリスタスイッチからなる第１給電切替スイッチ（以下、Ａ系切替ＳＷとも称する）、同様に、２０は商用電力系統などと自家発電設備とからなる第２電力系統（以下、Ｂ系電力系統とも称する）、２１〜２３は第２並列冗長式無停電電源装置を形成する無停電電源装置（以下、ＵＰＳ２１〜２３と称するとともに、これらの総称としてＢ系ＵＰＳとも称する）、１５はサイリスタスイッチと回路遮断器とからなる第２バイパススイッチ（以下、Ｂ系バイパスＳＷとも称する）、２６は２組のサイリスタスイッチからなる第２給電切替スイッチ（以下、Ｂ系切替ＳＷとも称する）、３１はシステム制御回路、１００は第１負荷系統（以下、負荷Ａとも称する）、２００は第２負荷系統（以下、負荷Ｂとも称する）、また、１１ａ〜１３ａ，１４，１５ａ，２１ａ〜２３ａ，２４，２５ａそれぞれは回路遮断器である。

なお、上述のＵＰＳ１１〜１３，ＵＰＳ２１〜２３やＡ，Ｂ系バイパスＳＷ、Ａ，Ｂ系切替ＳＷなどは、周知の技術を用いて形成されている。

図４に示した従来の無停電電源システムの動作を、システム制御回路３１の動作を説明する図５に示した図表を参照しつつ、以下に説明をする。

Ａ系電力系統およびＢ系電力系統が共に健全な状態のときに、Ａ系バイパスＳＷおよびＡ系切替ＳＷを共にオフにした状態にして、先ず、回路遮断器１４を閉路させ、さらに回路遮断器１１ａ〜１３ａ，１５ａを閉路した状態にしてＵＰＳ１１〜１３それぞれを始動させ、この始動が完了した後、ＵＰＳ１１〜１３を並列運転状態にする。同様に、Ｂ系バイパスＳＷおよびＢ系切替ＳＷを共にオフにした状態にして、先ず、回路遮断器２４を閉路させ、さらに回路遮断器２１ａ〜２３ａ，２５ａを閉路した状態にしてＵＰＳ２１〜２３それぞれを始動させ、この始動が完了した後、ＵＰＳ２１〜２３を並列運転状態にする。

次に、システム制御回路３１から、図５に示したモード１またはモード２の状態にするための制御信号をＡ系ＵＰＳとＢ系ＵＰＳとに与えることにより、例えば、モード１の状態では、Ａ系ＵＰＳの出力，Ｂ系ＵＰＳの出力が共にＡ系電力系統の出力に位相同期した状態となり、この無停電電源システムの運転準備が完了する。

その後、Ａ系切替ＳＷのＡ系ＵＰＳ側を上述のオフ状態からオン状態にすることにより負荷Ａに給電を開始し、同様に、Ｂ系切替ＳＷのＢ系ＵＰＳ側を上述のオフ状態からオン状態にすることにより負荷Ｂに給電を開始することで、この無停電電源システムはモード１の状態での通常運転状態となる。

上述のモード１での通常運転状態中に、何らかの要因でＡ系電力系統が喪失すると、負荷Ａおよび負荷Ｂへの給電を継続しつつ、ＵＰＳ１１〜１３それぞれは図示しない蓄電池設備からの給電状態になるとともに、Ａ系ＵＰＳ，Ｂ系ＵＰＳが共に、一旦、自走状態となり、その後、システム制御回路３１から、図５に示したモード３の状態にするための制御信号をＡ系ＵＰＳとＢ系ＵＰＳとに与えることにより、Ａ系ＵＰＳの出力，Ｂ系ＵＰＳの出力が共にＢ系電力系統の出力に位相同期した状態となる。

また、上述のモード１での通常運転状態中に、何らかの要因でＡ系電力系統，Ｂ系電力系統がともに喪失すると、負荷Ａおよび負荷Ｂへの給電を継続しつつ、ＵＰＳ１１〜１３，ＵＰＳ２１〜２３それぞれは図示しない蓄電池設備からの給電状態になるとともに、Ａ系ＵＰＳ，Ｂ系ＵＰＳが共に、一旦、自走状態となり、その後、システム制御回路３１から、図５に示したモード５またはモード６の状態にするための制御信号をＡ系ＵＰＳとＢ系ＵＰＳとに与えることにより、例えば、モード５の状態では、Ａ系ＵＰＳの自走状態を継続し、Ｂ系ＵＰＳの出力が共にＡ系ＵＰＳの出力に位相同期した状態となる。

なお、上述のそれぞれの位相同期の方法は、周知の技術により行われている。
特開２００５−２６９７０６号公報

図４に示した従来の無停電電源システムが上述のモード１の状態で動作中に、例えば、負荷Ｂに短絡事故などが発生して過負荷状態になったときの挙動を、図６に示したフローチャートを参照しつつ、以下に説明をする。

図４に示した無停電電源システムがモード１の状態で動作中には（ステップＳ１）、負荷Ａおよび負荷Ｂへの電流を監視し（ステップＳ２）、このステップＳ２で両者ともに正常（規定値以内）であれば、ステップＳ１に戻り、また、異常（Ｂ系負荷が上記により過電流）であれば、このときには、Ｂ系電力系統の電圧とＢ系ＵＰＳの出力の電圧とが非同期の状態になっているため、Ｂ系ＵＰＳが過負荷保護動作として限流動作を行って、その出力電圧を低下させ、この低下を検知してＢ系切替ＳＷのＢ系ＵＰＳ側がオンからオフ状態になると共に、Ａ系ＵＰＳ側がオフからオン状態になり（ステップＳ３）、従って、負荷Ａ，負荷ＢともにＡ系ＵＰＳからの給電となるが、このときにはＡ系ＵＰＳが負荷Ｂの過電流状態を背負うこととなり、その結果、Ａ系バイパスＳＷがオフからオン状態に切り替わるとともに（ステップＳ４）、ＵＰＳ１１〜１３それぞれはインバータ回路のゲート遮断して停止し、以後は、負荷Ａ，負荷ＢともにＡ系電力系統からの給電状態となる。

すなわち、負荷Ｂの給電経路が２回変更されることとなり、この変更に伴う電圧変動が発生し、また、ステップＳ４以降には、両負荷系統への給電がＡ系電力系統からの状態となり、その結果、負荷Ａ，負荷Ｂに対する定電圧性が損なわれるという問題があった。

この発明の目的は、上記問題点を解消した無停電電源システムを提供することにある。

この第１の発明の無停電電源システムは、第１電力系統を入力交流電源とした第１並列冗長式無停電電源装置と、該第１無停電電源装置の出力端に一端が接続される第１バイパススイッチと、第２電力系統を入力交流電源とした第２並列冗長式無停電電源装置と、該第２無停電電源装置の出力端に一端が接続される第２バイパススイッチと、前記第１無停電電源装置の出力端および前記第２無停電電源装置出力端それぞれと第１負荷系統との間に設置される第１給電切替スイッチと、前記第１無停電電源装置の出力端および前記第２無停電電源装置出力端それぞれと第２負荷系統との間に設置される第２給電切替スイッチと、前記第１パイパススイッチの他端および前記第２バイパススイッチの他端と第１電力系統および第２電力系統それぞれとの間に設置されるバイパス電源選択スイッチと、これらの構成機器のシステム制御を行うシステム制御回路とを備えたことを特徴とする。

また第２の発明は前記第１の発明の無停電電源システムにおいて、前記システム制御回路では、前記バイパス電源選択スイッチが第１電力系統を選択しているときには前記第１無停電電源装置および前記第２無停電電源装置それぞれの出力は第１電力系統の出力と位相同期させ、また、前記バイパス電源選択スイッチが第２電力系統を選択しているときには前記第１無停電電源装置および前記第２無停電電源装置それぞれの出力は第２電力系統の出力と位相同期させることを特徴とする。

さらに第３の発明は前記第１又は第２の発明の無停電電源システムにおいて、前記システム制御回路では、第１電力系統および第２電力系統の双方共に喪失しているときには何れか一方の前記無停電電源装置を自走させ、他方の前記無停電電源装置の出力は自走している前記無停電電源装置の出力と位相同期させる制御信号を生成することを特徴とする。

この発明の無停電電源システムによれば、第１電力系統と第２電力系統の何れか１系統を選択し、この電力系統を第１バイパススイッチおよび第２バイパススイッチのバイパス電源として電力を供給するバイパス電源選択スイッチを設けたことにより、後述の如く、第１負荷系統および第２負荷系統への給電信頼性を改善することができる。

図１は、この発明の無停電電源システムの実施例を示す回路構成図であり、この図において、図４に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

ずなわち、図１に示した構成が図４に示した構成と異なる点は、第１電力系統１０と第２電力系統２０とが健全なときに何れか１系統を選択し、第１バイパススイッチ１５および第２バイパススイッチ２５に電力を供給するバイパス電源選択スイッチ３２（以下、選択ＳＷとも称する）を設けたことで、バイパス電源の給電経路の一部が変更され、また、従来のシステム制御回路３１が新たなシステム制御回路３３になっていることである。

図１に示したこの発明の無停電電源システムの動作を、システム制御回路３３の動作を説明する図２に示した図表を参照しつつ、以下に説明をする。

次に、システム制御回路３３から、図２に示したモード１１またはモード１２の状態にするための制御信号をＡ系ＵＰＳとＢ系ＵＰＳとに与えることにより、例えば、モード１１の状態では、選択ＳＷによりバイパス電源はＡ系電力系統に設定され、さらに、Ａ系ＵＰＳの出力，Ｂ系ＵＰＳの出力が共にＡ系電力系統の出力に位相同期した状態となり、この無停電電源システムの運転準備が完了する。

その後、Ａ系切替ＳＷのＡ系ＵＰＳ側を上述のオフ状態からオン状態にすることにより負荷Ａに給電を開始し、同様に、Ｂ系切替ＳＷのＢ系ＵＰＳ側を上述のオフ状態からオン状態にすることにより負荷Ｂに給電を開始することで、この無停電電源システムはモード１１の状態での通常運転状態となる。

上述のモード１１での通常運転状態中に、何らかの要因でＡ系電力系統が喪失すると、負荷Ａおよび負荷Ｂへの給電を継続しつつ、ＵＰＳ１１〜１３それぞれは図示しない蓄電池設備からの給電状態になるとともに、Ａ系ＵＰＳ，Ｂ系ＵＰＳが共に、一旦、自走状態となり、その後、選択ＳＷによりバイパス電源はＡ系電力系統からＢ系電力系統に切り替わり、システム制御回路３３から、図２に示したモード１３の状態にするための制御信号をＡ系ＵＰＳとＢ系ＵＰＳとに与えることにより、Ａ系ＵＰＳの出力，Ｂ系ＵＰＳの出力が共にＢ系電力系統の出力に位相同期した状態となる。

また、上述のモード１１での通常運転状態中に、何らかの要因でＡ系電力系統，Ｂ系電力系統がともに喪失すると、負荷Ａおよび負荷Ｂへの給電を継続しつつ、ＵＰＳ１１〜１３，ＵＰＳ２１〜２３それぞれは図示しない蓄電池設備からの給電状態になるとともに、Ａ系ＵＰＳ，Ｂ系ＵＰＳが共に、一旦、自走状態となり、その後、システム制御回路３３から、図２に示したモード１５またはモード１６の状態にするための制御信号をＡ系ＵＰＳとＢ系ＵＰＳとに与えることにより、例えば、モード１５の状態では、Ａ系ＵＰＳの自走状態を継続し、Ｂ系ＵＰＳの出力が共にＡ系ＵＰＳの出力に位相同期した状態となる。

図１に示したこの発明の無停電電源システムが上述のモード１１の状態で動作中に、例えば、負荷Ｂに短絡事故などが発生して過負荷状態になったときの挙動を、図３に示したフローチャートを参照しつつ、以下に説明をする。

図１に示した無停電電源システムがモード１１の状態で動作中には（ステップＳ１１）、負荷Ａおよび負荷Ｂへの電流を監視し（ステップＳ１２）、このステップＳ１２で両者ともに正常（規定値以内）であれば、ステップＳ１１に戻り、また、異常（Ｂ系負荷が上記により過電流）であれば、このときには、Ｂ系バイパスＳＷがオフからオン状態に切り替わるとともに（ステップＳ１３）、ＵＰＳ２１〜２３それぞれはインバータ回路のゲート遮断して停止し、以後は、負荷ＢがＡ系電力系統からの給電状態となる。

すなわち、負荷ＡはＡ系ＵＰＳからの給電を継続しつつ、ステップＳ１３以降には、負荷Ｂへの給電のみがＡ系電力系統からの状態となり、この無停電システム全体としての給電信頼性が向上する。

この発明の実施例を示す無停電電源システムの回路構成図図１の動作を説明するための図表図１の動作を説明するためのフローチャート従来例を示す無停電電源システムの回路構成図図４の動作を説明するための図表図４の動作を説明するためのフローチャート

符号の説明

１０…第１電力系統、１１〜１３…無停電電源装置、１４…回路遮断器、１５…第１バイパススイッチ、１６…第１給電切替スイッチ、２０…第２電力系統、２１〜２３…無停電電源装置、２４…回路遮断器、２５…第２バイパススイッチ、２６…第２給電切替スイッチ、３１…シテスム制御回路、３２…バイパス電源選択スイッチ、３３…システム制御回路、１００…第１負荷系統、２００…第２負荷系統。

Claims

第１電力系統を入力交流電源とした第１並列冗長式無停電電源装置と、該第１無停電電源装置の出力端に一端が接続される第１バイパススイッチと、第２電力系統を入力交流電源とした第２並列冗長式無停電電源装置と、該第２無停電電源装置の出力端に一端が接続される第２バイパススイッチと、前記第１無停電電源装置の出力端および前記第２無停電電源装置出力端それぞれと第１負荷系統との間に設置される第１給電切替スイッチと、前記第１無停電電源装置の出力端および前記第２無停電電源装置出力端それぞれと第２負荷系統との間に設置される第２給電切替スイッチと、前記第１パイパススイッチの他端および前記第２バイパススイッチの他端と第１電力系統および第２電力系統それぞれとの間に設置されるバイパス電源選択スイッチと、これらの構成機器のシステム制御を行うシステム制御回路とを備えたことを特徴とする無停電電源システム。
前記システム制御回路では、前記バイパス電源選択スイッチが第１電力系統を選択しているときには前記第１無停電電源装置および前記第２無停電電源装置それぞれの出力は第１電力系統の出力と位相同期させ、また、前記バイパス電源選択スイッチが第２電力系統を選択しているときには前記第１無停電電源装置および前記第２無停電電源装置それぞれの出力は第２電力系統の出力と位相同期させることを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システム。
前記システム制御回路では、第１電力系統および第２電力系統の双方共に喪失しているときには何れか一方の前記無停電電源装置を自走させ、他方の前記無停電電源装置の出力は自走している前記無停電電源装置の出力と位相同期させる制御信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の無停電電源システム。