JP4309789B2

JP4309789B2 - 無停電電源システム

Info

Publication number: JP4309789B2
Application number: JP2004074800A
Authority: JP
Inventors: 川公也小
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: JP2005269706A

Description

本発明は、直流を交流に変換するインバータ電源と商用電源等のバイパス電源とを切り換えて電力を供給する複数の無停電電源系統を、さらに切り換えて電力を供給する無停電電源システムに関する。

商用電源等のバイパス電源と、少なくとも直流を交流に変換するインバータ電源とが正常な同期がとれていない非同期の状態でも負荷電圧に変動を与えることなく両電源間の切換を可能にする電力変換装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、同期制御されるインバータの周波数が大きく変化する場合に生ずる直流分を減少させ、出力トランスの飽和を防止するインバータの同期制御回路も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

図４はこれらの技術を適用しているか、又は、適用することが可能な複数組の無停電電源系統を備えた従来の無停電電源システムの概略構成を示す系統図である。同図において、一般にＵＰＳと称される無停電電源系統１，２…はそれぞれバイパス電源とインバータ電源とを含んで構成され、このうち、無停電電源系統１の出力が開閉器３１〜３ｎを介して負荷（図示せず）に供給され、無停電電源系統２の出力が開閉器４１〜４ｎを介して負荷に供給される。

無停電電源系統１はバイパス電源１０とインバータ電源１１〜１４とを相互に切換可能な第１の切換装置としての切換盤１５を備え、同様に、無停電電源系統２はバイパス電源２０とインバータ電源２１〜２４とを相互に切換可能な第１の切換装置としての切換盤２５を備えている。インバータ電源１１〜１４，２１〜２４はそれぞれ商用電源又は自家発電源の電圧を降圧する変圧器、この変圧器の出力を直流に変換するコンバータ、このコンバータの出力または図示を省略した直流電源の出力を交流に変換するインバータ及びその出力波形を整形する機能を備える変圧器を含んで構成されている。

切換盤１５はインバータ電源１１〜１４から負荷の大きさに適した容量を持つものを１つ又は複数選択して負荷に供給し、必要に応じてバイパス電源１０に切り換える。また、切換盤２５はインバータ電源２１〜２４から負荷の大きさに適した容量を持つものを１つ又は複数選択して負荷に供給する。

双方向瞬時切換装置５１は第２切換装置として設けられ、１つの負荷に対して、無停電電源系統１と無停電電源系統２とを切り換えて、連続的に電力を供給しようとするもので、開閉器３１を介して無停電電源系統１に接続されると共に、開閉器４１を介して無停電電源系統２に接続されている。

また、無停電電源系統（以下、Ａ系ともいう）１はインバータ電源１１〜１４の出力をバイパス電源１０に同期させる同期制御装置を備え、同じく無停電電源系統（以下、Ｂ系ともいう）２はインバータ電源２１〜２４の出力をバイパス電源２０に同期させる同期制御装置を備えている。図５はその概略構成を示した図で、無停電電源系統１は、バイパス電源１０とインバータ電源１１とを、切換スイッチ１５ａ及び半導体スイッチ１５ｂを介して相互に切り換える場合に、電源変動や故障を防止するための同期制御装置３０を備え、さらに、無停電電源系統２は、バイパス電源２０とインバータ電源２１とを、切換スイッチ２５ａ及び半導体スイッチ２５ｂを介して相互に切り換える場合に、電源変動や故障を防止するための同期制御装置４０を備えている。

図６はＡ系の同期制御装置３０の制御動作と、Ｂ系の同期制御装置４０の各種の制御動作を説明するための図表である。ここで、Ａ系のバイパス電源１０及びＢ系のバイパス電源２０の両方が健全であれば、Ａ系においてはバイパス電源１０に同期するようにインバータ電源１１〜１４の位相を制御し、Ｂ系においてはバイパス電源２０に同期するようにインバータ電源２１〜２４の位相を制御する。次に、Ａ系のバイパス電源が喪失し、Ｂ系のバイパス電源が健全である場合、Ａ系においては自走モードの出力電圧基準に同期するようにインバータ電源１１〜１４の位相を制御し、Ｂ系においてはバイパス電源２０に同期するようにインバータ電源２１〜２４の位相を制御する。次に、Ａ系のバイパス電源１０が健全で、Ｂ系のバイパス電源が喪失した場合、Ａ系においてはバイパス電源１０に同期するようにインバータ電源１１〜１４の位相を制御し、Ｂ系においては自走モードの出力電圧基準に同期するようにインバータ電源２１〜２４の位相を制御する。最後に、Ａ系のバイパス電源１０及びＢ系のバイパス電源２０の両方が喪失した場合、Ａ系もＢ系もそれぞれ自走モードの電圧基準に同期するようにインバータ電源１１〜１４やインバータ電源２１〜２４の位相を制御する。
特開２０００−１４０４１号公報実開平６−５７０９７号公報

上述した従来の無停電電源システムにおいては、無停電電源系統１がバイパス電源１０又は自走モードの出力電圧基準に同期するようにインバータ電源１１〜１４の位相を制御し、無停電電源系統２がバイパス電源２０又は自走モードの出力電圧基準に同期するようにインバータ電源２１〜２４の位相を制御していることから、無停電電源系統１の出力と無停電電源系統２の出力とが非同期になることがあり得る。従って、双方向瞬時切換装置５１を介して、無停電電源系統１と無停電電源系統２とで負荷に対する給電切換を行った場合、横流によってインバータ電源が故障したり、負荷に対して電源変動を生じたりするため全体のシステムの信頼性が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的はインバータ電源の故障を未然に防止すると共に、負荷に対する電源変動を防止することにより、システムの信頼性を高めることのできる無停電電源システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、直流を交流に変換するインバータ電源と商用電源等のバイパス電源とをそれぞれ第１の切換装置によって切り換えて電力を出力するＡ系及びＢ系の２つの無停電電源系統を有し、これらＡ系及びＢ系の無停電電源系統からの出力を第２の切換装置によって切り換えて負荷に電力を供給する無停電電源システムにおいて、前記Ａ系及びＢ系の各無停電電源系統は、自系及び他系のバイパス電源並びに他系出力端子にそれぞれ接続された同期制御装置を備えており、各同期制御装置は、両系のバイパス電源が健全な場合には、Ａ系のバイパス電源に同期するように、自系のインバータ電源の位相を制御し、Ａ系のバイパス電源が喪失した場合には、Ｂ系のバイパス電源に同期するように、自系のインバータ電源の位相を制御し、Ｂ系のバイパス電源が喪失した場合には、Ａ系のバイパス電源に同期するように、自系のインバータ電源の位相を制御を行うものであり、更に、両系のバイパス電源が喪失した場合、Ａ系の同期制御装置は、自走モードの電圧基準に同期するように、自系のインバータ電源の位相を制御し、Ｂ系の同期制御装置は、Ａ系のインバータ電源に同期するように、自系のインバータ電源の位相を制御するものである、ことを特徴とする。

本発明は上記のように構成したことにより、インバータ電源の故障を未然に防止すると共に、負荷に対する電源変動を防止することにより、システムの信頼性を高めることのできる無停電電源システムが提供される。

以下、本発明を図面に示す好適な実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係る無停電電源システムの第１実施例の概略構成を示す系統図であり、図中、従来の無停電電源システムを示す図４と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。本実施例は、例えば、無停電電源系統１のバイパス電源１０及び無停電電源系統２のバイパス電源２０の両方が共に健全であるとき、無停電電源系統１のインバータ電源１１〜１４をバイパス電源１０に同期させると共に、無停電電源系統２においてインバータ電源２１〜２４から電力を給電したとすれば、これらのインバータ電源２１〜２４をバイパス電源１０に同期させるように制御する。ここで、無停電電源系統２がバイパス電源２０から給電していたとすれば、インバータ電源２１〜２４をバイパス電源２０に同期させると共に、無停電電源系統１においてもインバータ電源１１〜１４をバイパス電源２０に同期させるように制御する。これによって、双方向瞬時切換装置５１によって無停電電源系統１及び無停電電源系統２の相互間で給電切換を行ったとしても、インバータ電源の故障や負荷に対する電源変動を防止することができる。

なお、無停電電源系統１のインバータ電源１１〜１４及び無停電電源系統２のインバータ電源２１〜２４の全てをバイパス電源１０に同期させている状態で、バイパス電源１０を停電させる必要性が発生した場合、インバータ電源１１〜１４及び２１〜２４の全てをバイパス電源２０に同期させる制御を実行した後、インバータ電源１１〜１４及びバイパス電源１０の相互切換や、インバータ電源２１〜２４及びバイパス電源２０の相互切換を実行する。

図２はこれらの同期制御を実施する制御系統の概略構成図であり、図中、従来装置を示す図５と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここでは図５中の同期制御装置３０，４０に代えて同期制御装置３０Ａ，４０Ａを備えている。このうち、無停電電源系統１（Ａ系）の同期制御装置３０Ａはバイパス電源１０、２０及び無停電電源系統２（Ｂ系）の出力端子にそれぞれ接続され、無停電電源系統２（Ｂ系）の同期制御装置４０Ａはバイパス電源２０、１０及び無停電電源系統１（Ａ系）の出力端子にそれぞれ接続されている。

上記のように構成された同期制御装置３０Ａ及び４０Ａの動作について、図３の図表をも参照して以下に説明する。先ず、Ａ系のバイパス電源１０及びＢ系のバイパス電源２０の両方が健全であれば、Ａ系においてはバイパス電源１０に同期するようにインバータ電源１１〜１４の位相を制御し、Ｂ系においてもバイパス電源１０に同期するようにインバータ電源２１〜２４の位相を制御する。次に、Ａ系のバイパス電源が喪失し、Ｂ系のバイパス電源が健全である場合、Ａ系においてはＢ系のバイパス電源２０に同期するようにインバータ電源１１〜１４の位相を制御し、Ｂ系においてはバイパス電源２０に同期するようにインバータ電源２１〜２４の位相を制御する。次に、Ａ系のバイパス電源１０が健全で、Ｂ系のバイパス電源が喪失した場合、Ａ系においてはバイパス電源１０に同期するようにインバータ電源１１〜１４の位相を制御し、Ｂ系においてもバイパス電源１０に同期するようにインバータ電源２１〜２４の位相を制御する。最後に、Ａ系のバイパス電源１０及びＢ系のバイパス電源２０の両方が喪失した場合、例えばＡ系を自走モードの電圧基準に同期するようにインバータ電源１１〜１４を制御し、Ｂ系においてはＡ系のインバータ電源１１〜１４に同期するようにインバータ電源２１〜２４の位相を制御する。

かくして、第１実施例によれば、双方向瞬時切換装置５１によって無停電電源系統１及び無停電電源系統２の相互間で給電切換を行ったとしても、インバータ電源の故障や負荷に対する電源変動を防止することができる。

上述した第１実施例によれば、バイパス電源１０及び２０の両方が健全である場合、あるいは、両方が喪失した場合にそれぞれＡ系を基準にしてＢ系のインバータ電源の位相を制御したが、この代わりにＢ系を基準してＡ系のインバータ電源の位相を制御するように、すなわち、マスタ側とスレーブ側とを逆にしても上述したと同様な効果が得られる。

本発明に係る無停電電源システムの第１実施例の概略構成を示す系統図。第１実施例の制御系統の概略構成図。第１実施例を構成する同期制御装置の各種の制御動作を説明するための図表。従来の無停電電源システムの概略構成を示す系統図。従来の無停電電源システムの制御系統の概略構成図。従来の無停電電源システムを構成する同期制御装置の各種の制御動作を説明するための図表。

符号の説明

１，２無停電電源系統
１０，２０バイパス電源
１１〜１４，２１〜２４インバータ電源
１５，２５切換盤
３０Ａ，４０Ｂ同期制御装置
５１双方向瞬時切換装置

Claims

直流を交流に変換するインバータ電源と商用電源等のバイパス電源とをそれぞれ第１の切換装置によって切り換えて電力を出力するＡ系及びＢ系の２つの無停電電源系統を有し、これらＡ系及びＢ系の無停電電源系統からの出力を第２の切換装置によって切り換えて負荷に電力を供給する無停電電源システムにおいて、
前記Ａ系及びＢ系の各無停電電源系統は、自系及び他系のバイパス電源並びに他系出力端子にそれぞれ接続された同期制御装置を備えており、
各同期制御装置は、
両系のバイパス電源が健全な場合には、Ａ系のバイパス電源に同期するように、自系のインバータ電源の位相を制御し、
Ａ系のバイパス電源が喪失した場合には、Ｂ系のバイパス電源に同期するように、自系のインバータ電源の位相を制御し、
Ｂ系のバイパス電源が喪失した場合には、Ａ系のバイパス電源に同期するように、自系のインバータ電源の位相を制御を行うものであり、
更に、両系のバイパス電源が喪失した場合、Ａ系の同期制御装置は、自走モードの電圧基準に同期するように、自系のインバータ電源の位相を制御し、Ｂ系の同期制御装置は、Ａ系のインバータ電源に同期するように、自系のインバータ電源の位相を制御するものである、
ことを特徴とする無停電電源システム。