JP5661576B2 - Uninterruptible power supply system - Google Patents
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Description
この発明は、商用電源が異常になっても安定した電力を負荷に給電を継続できる無停電電源システムに関するものである。 The present invention relates to an uninterruptible power supply system capable of continuing to supply stable power to a load even when a commercial power supply becomes abnormal.
従来の無停電電源装置においては、常に定格負荷への給電を前提として設計されているため、例えば60%以下の軽負荷において効率が低下する傾向にある。このため、無停電電源装置(以下、UPSと呼称する。)を複数台並列接続して負荷に給電する並列接続方式の無停電電源システムにおいて、負荷の予測パターンと基準値を設定し、この大小関係の継続性を予測して当面の必要運転台数を判断し、この結果、必要な運転台数だけを運転し、不要なUPSは停止する無停電電源システムの提案がなされている(例えば、特許文献1参照。)。 Since the conventional uninterruptible power supply is designed on the assumption that power is always supplied to the rated load, the efficiency tends to decrease at a light load of 60% or less, for example. For this reason, in a parallel connection type uninterruptible power supply system in which a plurality of uninterruptible power supply devices (hereinafter referred to as UPS) are connected in parallel to supply power to a load, a predicted load pattern and a reference value are set. An uninterruptible power supply system has been proposed that predicts the continuity of the relationship and determines the required number of operating units for the time being, and as a result, operates only the required number of operating units and stops unnecessary UPS. See 1.)
特許文献1に示されている無停電電源システムにおいては、負荷電流が少ないときに、UPSのインバータ部の発生損失は抑えることできるが、コンバータ部については蓄電池の充電を行う必要があるのでインバータ部の運転を停止しても継続的に運転する必要があった。また、更なる運転効率向上にためにコンバータを停止すると、蓄電池に充電できなくなり、これが長時間に及ぶと蓄電池が微小電流による過放電となって劣化し、充電しても回復しなくなってしまうという課題があった。
In the uninterruptible power supply system shown in
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、負荷電流が少ないときにインバータだけでなくコンバータも停止させると同時に、蓄電池の充電を必要時期に行う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。 The present invention has been made to solve the above-described problems. When the load current is small, the converter is stopped as well as the inverter, and at the same time, the uninterruptible power can be charged at the required time. An object is to provide a power supply system.
上記目的を達成するために、本発明の無停電電源システムは、商用電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、このコンバータの出力を再び交流電圧に変換して出力するインバータとから成り、その出力を互いに並列接続して負荷に給電するようにした複数台の無停電電源装置と、前記各々のコンバータの出力側に夫々接続された蓄電池と、前記負荷の入力電流を検出する負荷電流検出器と、前記複数台の無停電電源装置に運転/停止指令を与える演算制御手段とを具備し、前記演算制御手段は、前記負荷電流が所定値以下のとき、前記無停電電源装置の少なくとも1台のコンバータ及びインバータを運転停止し、当該停止した無停電電源装置に接続された蓄電池が、前記コンバータの停止による充電機能の喪失によって所定量以上放電しないように、運転停止する無停電電源装置を順次切替えるようにした過放電防止手段を有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, an uninterruptible power supply system of the present invention includes a converter that converts an AC voltage input from a commercial power source into a DC voltage, and an inverter that converts the output of the converter into an AC voltage again and outputs it. And a plurality of uninterruptible power supply units whose outputs are connected in parallel with each other to supply power to the load, storage batteries respectively connected to the output side of each converter, and input current of the load are detected A load current detector; and a calculation control means for giving an operation / stop command to the plurality of uninterruptible power supply apparatuses, wherein the calculation control means is configured to output the uninterruptible power supply apparatus when the load current is a predetermined value or less. at least one converter and the inverter stops operation, the connected battery to the uninterruptible power supply was stopped, due to the loss of charge function by stopping the converter So as not to discharge a predetermined amount or more, it is characterized by having over-discharge preventing means so as to switch the uninterruptible power supply shutdown sequence.
この発明によれば、負荷電流が少ないときにインバータだけでなくコンバータも停止させると同時に、蓄電池の充電を必要時期に行うことが可能な無停電電源システムを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an uninterruptible power supply system capable of charging not only the inverter but also the converter when the load current is small, and at the same time charging the storage battery.
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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。
Hereinafter, an uninterruptible power supply system according to
図1はUPS11(No1UPS)、UPS12(No2UPS)及びUPS13(No3UPS)の3台のUPSを備えた例である。
FIG. 1 shows an example in which three UPSs, UPS 11 (
UPS11、12、13の各々は、商用電源1から交流電圧が入力され、夫々交流入力開閉器を介してコンバータ11a、12a、13aで夫々直流電圧に変換し、さらにインバータ11b、12b、13bで再び交流電圧に逆変換し、その出力同士が互いに接続されて共通の負荷2に対して安定した交流電圧を給電するように構成されている。また、コンバータ11a、12a、13aは夫々直流開閉器を介して各々のUPSに対応して設けられた蓄電池に直流エネルギーを蓄え、例えば、商用電源1に停電が生ずると、各々の蓄電池の直流エネルギーをインバータ11b、12b、13bに夫々供給することにより交流電圧を継続して出力する。
Each of the
尚、コンバータ11a、12a、13aまたはインバータ11b、12b、13bに万一故障が発生した場合にも交流を継続して出力するために、商用電源1と同一または別のバイパス電源から交流を継続給電するためのバイパス回路が設けられる場合もあるが、ここでは図示を省略している。
In addition, even if a failure occurs in the
負荷2に流入する電流は電流検出器21で検出され、ADコンバータ22を介してデジタル演算回路31に与えられる。デジタル演算回路31は無停電電源システム全体の運転管理を行う演算手段であり、UPS11、12、13に対して運転/停止指令を出力すると共にUPS11、12、13から運転状態信号を得る構成となっている。
The current flowing into the load 2 is detected by the
次に動作について説明する。図2は本発明の実施例1に係る無停電電源システムの動作フローチャートであり、デジタル演算回路31が行う動作フローを示している。
Next, the operation will be described. FIG. 2 is an operation flowchart of the uninterruptible power supply system according to the first embodiment of the present invention, and shows an operation flow performed by the digital
まず、3台のUPS(UPS11、12、13)のうち少なくとも2台が並列運転している状態からスタートする。そして、負荷電流が50%以下となったかどうかを判定し(ステップST1)、YESの場合はNo1UPS(UPS11)の停止時間が規定時間を超えたかどうか判定する(ステップST2)。規定時間を超えていれば、No1UPS(UPS11)を運転し、No2UPS(UPS12)を停止する(ステップST3)。ここで、UPSの停止とは、インバータに加え、コンバータの運転も停止することを意味する。従ってUPSが停止すると蓄電池への充電がストップすることになる。ステップST2で規定時間を超えていなければ、No2UPS(UPS12)の停止時間が規定時間を超えたかどうか判定する(ステップST4)。ここで規定時間を超えていれば、No2UPS(UPS12)を運転し、No3UPS(UPS13)を停止する(ステップST5)。ステップST4で規定時間を超えていなければ、No3UPS(UPS13)の停止時間が規定時間を超えたかどうか判定する(ステップST6)。ここで規定時間を超えていれば、No3UPS(UPS13)を運転し、No1UPS(UPS11)を停止する(ステップST7)。 First, start from a state where at least two of the three UPSs (UPS 11, 12, 13) are operating in parallel. Then, it is determined whether or not the load current is 50% or less (step ST1), and in the case of YES, it is determined whether or not the stop time of No1 UPS (UPS11) exceeds the specified time (step ST2). If the specified time is exceeded, No1 UPS (UPS11) is operated, and No2 UPS (UPS12) is stopped (step ST3). Here, the stop of the UPS means that the operation of the converter is stopped in addition to the inverter. Therefore, when the UPS is stopped, charging to the storage battery is stopped. If the specified time is not exceeded in step ST2, it is determined whether the stop time of No2 UPS (UPS12) has exceeded the specified time (step ST4). If the specified time is exceeded, the No. 2 UPS (UPS 12) is operated and the No. 3 UPS (UPS 13) is stopped (step ST5). If the specified time is not exceeded in step ST4, it is determined whether the stop time of No3UPS (UPS13) has exceeded the specified time (step ST6). If the specified time is exceeded, the No. 3 UPS (UPS 13) is operated and the No. 1 UPS (UPS 11) is stopped (step ST7).
ステップST6で規定時間を超えていなければ、停止しているUPSがあるかどうか確認し(ステップST8)、停止しているUPSがあればそのままの状態を維持し、停止しているUPSがなければNo1UPS(UPS11)を停止する(ステップST9)。このステップST8、9は3台並列運転の状態から初めて負荷電流が50%以下となった初期動作を示している。 If the specified time is not exceeded in step ST6, it is checked whether there is a UPS that has stopped (step ST8). If there is a UPS that has stopped, the state is maintained as it is, and if there is no UPS that has stopped. No1 UPS (UPS11) is stopped (step ST9). Steps ST8 and ST9 show an initial operation in which the load current becomes 50% or less for the first time from the state in which three units are in parallel operation.
ステップST1で負荷電流が50%未満の場合は、停止しているUPSがあるかどうか確認し(ステップST10)、停止しているUPSがなければそのままの状態を維持し、停止しているUPSがあれば、停止しているUPSを判定し(ステップST11)、そのUPSに運転指令を与える(ST12)。 If the load current is less than 50% in step ST1, it is confirmed whether there is a UPS that is stopped (step ST10). If there is no UPS that is stopped, the state is maintained and there is no UPS that is stopped. If there is, the UPS that is stopped is determined (step ST11), and an operation command is given to the UPS (ST12).
以上のステップST1乃至ST12を、所定のサンプリング周期で繰り返すことによって、UPSの停止期間が所定期間(UPSが3台構成の場合は、蓄電池の充電インバータバルの約1/2とするのが好ましい。)を超えたUPSを優先的に運転させ、代わりに次の号機のUPSを停止させる。UPSの停止期間が所定期間以上になると順次、該当のUPSを起動させ、次の号機のUPSを停止させる。この結果、各々のUPSの蓄電池を自動的に順次充電しつつ、UPSの停止期間におけるコンバータの損失を略ゼロとすることが可能となり、システムの運転効率の向上を図ることが可能となる。ここでの所定期間は、通常はUPSが過放電することを防ぐ期間より短い期間を設定するが、ここではこの順次停止UPSを切り替えていく機能を過放電防止手段と呼称する。 By repeating the above steps ST1 to ST12 at a predetermined sampling cycle, the UPS stop period is preferably set to a predetermined period (in the case of three UPS units, it is preferably set to about ½ of the charging inverter of the storage battery. ) Is operated preferentially, and the UPS of the next unit is stopped instead. When the UPS stop period exceeds a predetermined period, the corresponding UPS is sequentially activated and the UPS of the next unit is stopped. As a result, it is possible to reduce the loss of the converter during the UPS stop period to substantially zero while automatically charging each UPS storage battery sequentially, and to improve the operation efficiency of the system. The predetermined period is usually set to a period shorter than the period for preventing the UPS from being overdischarged. Here, the function of switching the sequentially stopped UPS is referred to as overdischarge prevention means.
以下、本発明の実施例2に係る無停電電源システムを図3及び図4を参照して説明する。 Hereinafter, an uninterruptible power supply system according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
図3は本発明の実施例3に係る無停電電源システムのブロック構成図である。この実施例2の各部について、図1の本発明の実施例1に係る無停電電源システム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、各々のUPSに接続されている蓄電池の電圧を検出し、この蓄電池電圧を、ADコンバータ23を介してデジタル演算回路31Aに与えるようにした点である。
FIG. 3 is a block diagram of an uninterruptible power supply system according to
図4は本発明の実施例2に係る無停電電源システムの動作フローチャートであり、デジタル演算回路31Aが行う動作フローを示している。このフローチャートの各部について、図2の本発明の実施例1に係る無停電電源システムの動作フローチャート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、ステップST2の「No1UPS(UPS11)の停止時間が規定時間を超えたかどうかの判定」をステップST2Aの「No1UPS(UPS11)の蓄電池電圧が規定値未満となったかどうかの判定」に置き換えた点、ステップST4、ステップST6についても同様に夫々ステップST4A、ステップST6Aに示す「No2UPS(UPS12)の蓄電池電圧が規定値未満となったかどうかの判定」、「No3UPS(UPS13)の蓄電池電圧が規定値未満となったかどうかの判定」に置き換えた点である。
FIG. 4 is an operation flowchart of the uninterruptible power supply system according to the second embodiment of the present invention, and shows an operation flow performed by the digital
実施例1では、停止時間によって蓄電池の放電を予想していたが、この実施例2は蓄電池の電圧を実測して、充電すべき時期に来たかどうかを判定するようにした。このことにより、周囲温度の変化や微少放電電流の変化等によって蓄電池の放電特性が変化した場合であっても最適な充電インバータバルで充電することが可能となる。尚、上記蓄電池の電圧検出にあたっては、多少のインピーダンスを持った検出、すなわち、多少の放電電流を流した状態で検出することが好ましい。 In Example 1, the discharge of the storage battery was predicted based on the stop time, but in Example 2, the voltage of the storage battery was measured and it was determined whether it was time to charge. As a result, even when the discharge characteristics of the storage battery change due to changes in the ambient temperature, changes in the minute discharge current, etc., it is possible to charge with the optimum charging inverter valve. The voltage of the storage battery is preferably detected with some impedance, that is, with some discharge current flowing.
以下、本発明の実施例3に係る無停電電源システムを図5及び図6を参照して説明する。
Hereinafter, an uninterruptible power supply system according to
図5は本発明の実施例3に係る無停電電源システムのブロック構成図である。この実施例3の各部について、図3の本発明の実施例2に係る無停電電源システム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3が実施例2と異なる点は、商用電源1の電圧を検出する電圧検出器24を設け、この検出電圧を、ADコンバータ25を介してデジタル演算回路31Bに与える構成とした点である。
FIG. 5 is a block diagram of an uninterruptible power supply system according to
実施例1または実施例2において長時間の停電が発生した場合を考えると、全ての蓄電池が放電した状態となる。このような場合には復電したときの負荷電流が50%以下であっても、UPSを停止せず、蓄電池の充電を優先させるべきである。 Considering the case where a long-time power failure occurs in Example 1 or Example 2, all the storage batteries are in a discharged state. In such a case, even if the load current at the time of power recovery is 50% or less, the UPS should not be stopped and the storage battery should be given priority.
図6は本発明の実施例3に係る無停電電源システムの動作フローチャートであり、上記の考え方に基づいたデジタル演算回路31Bの動作フローを示している。このフローチャートの各部について、図4の本発明の実施例2に係る無停電電源システムの動作フローチャート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3が実施例2と異なる点は、ステップST1で負荷電流が50%以下のとき、ただちにステップST2Aに移行しないで、停電によって放電した蓄電池がない場合にはステップST2Aに移行し、放電した蓄電池があればこれを充電するフローに移行するという一連のステップST13乃至ST18を追加した点である。以下、ステップST13乃至ST18の内容を説明する。
FIG. 6 is an operation flowchart of the uninterruptible power supply system according to the third embodiment of the present invention, and shows an operation flow of the digital
ステップST1で負荷電流が50%未満のとき、所定の期間内で入力停電が発生したかどうか判定する(ステップST13)。停電の発生がなければ、ステップST2Aに行き、実施例2と同様のフローに移行する。ステップST13でYESであれば、デジタル演算回路が記憶していた停電期間とその期間における負荷電流の推移から蓄電池の放電量を求める(ステップST14)。次にこの放電量が規定値以上であるか判定する(ステップST15)。ステップST15で放電量が規定値未満であれば、ステップST2Aに行き、実施例2と同様のフローに移行する。ステップST15で放電量が規定値以上あったときは、停止UPSがあるかどうかを判定する(ステップST16)。尚、通常停電があったときの蓄電池による運転は負荷状態に依らず全てのUPSを運転するので、ここでの停止UPSがあるかどうかとは、停電発生前の所定期間内に停止していたUPSがあったかどうかということを意味する。停止していたUPSがあった場合、そのUPSを判定し(ステップST17)、当該の停止UPSを所定期間(例えば24時間)強制的に運転し(ステップST18)、蓄電池を充電する。ステップST16で停止していたUPSがなければ、そのままの状態とする。 When the load current is less than 50% in step ST1, it is determined whether or not an input power failure has occurred within a predetermined period (step ST13). If there is no power failure, the process goes to step ST2A, and the process proceeds to the same flow as in the second embodiment. If “YES” in step ST13, the discharge amount of the storage battery is obtained from the power failure period stored in the digital arithmetic circuit and the transition of the load current in that period (step ST14). Next, it is determined whether or not the discharge amount is greater than or equal to a specified value (step ST15). If the discharge amount is less than the specified value in step ST15, the process goes to step ST2A, and the process proceeds to the same flow as in the second embodiment. When the discharge amount is equal to or greater than the specified value in step ST15, it is determined whether or not there is a stop UPS (step ST16). In addition, since the operation by the storage battery when there is a normal power outage operates all the UPSs regardless of the load state, whether or not there is a stop UPS here is stopped within a predetermined period before the occurrence of the power outage. It means whether there was a UPS. If there is a UPS that has been stopped, the UPS is determined (step ST17), the stopped UPS is forcibly operated for a predetermined period (for example, 24 hours) (step ST18), and the storage battery is charged. If there is no UPS stopped in step ST16, the state is left as it is.
また、ステップST1で負荷電流が50%以上であれば、実施例2と同様ステップ10以降のフローに移行する。 If the load current is 50% or more in step ST1, the process proceeds to the flow after step 10 as in the second embodiment.
以上説明したように、この実施例3によれば、長時間停電が発生した場合であっても、蓄電池の放電状況を確認し、充電が優先的に必要と考えられるUPSには強制的に連続充電するようにしたので、再度停電が発生しても規定の停電補償時間を確保できる。 As described above, according to the third embodiment, even when a power outage occurs for a long time, the discharge status of the storage battery is confirmed, and the UPS that is considered to be preferentially required to be charged is continuously forced. Since the battery is charged, the specified power failure compensation time can be secured even if a power failure occurs again.
以上本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、実施例においてUPSは3台構成で説明したが、2台以上であれば何台であっても良い。また、複数台のUPSの並列システムは並列冗長系を構成するものであってもそうでなくても良い。すなわち、並列システムで負荷電流が所定の値以下となったとき、運転効率を良くするために運転台数を減らすようにしたシステムであれば本発明は適用可能である。また、実施例3は実施例2と組み合わせる例で説明したが、図6のステップST2A、ST4A及びST6Aを夫々ST2、ST4及びST6に置き換えて実施例1と組み合わせるようにしても良い。更に、実施例2では蓄電池の電圧検出によって過放電に至らない保護を行ったが、放電電流や充電電流などを使用するその他の方法も採用可能である。 For example, in the embodiment, the configuration of three UPSs has been described, but any number of UPSs may be used as long as it is two or more. The parallel system of a plurality of UPSs may or may not constitute a parallel redundant system. That is, the present invention can be applied to any system in which the number of operating units is reduced in order to improve the operating efficiency when the load current becomes a predetermined value or less in a parallel system. Further, the third embodiment has been described as an example combined with the second embodiment. However, steps ST2A, ST4A and ST6A in FIG. 6 may be replaced with ST2, ST4 and ST6, respectively, and combined with the first embodiment. Further, in the second embodiment, the protection that does not lead to overdischarge is performed by detecting the voltage of the storage battery, but other methods using a discharge current, a charging current, or the like can also be adopted.
1 商用電源
2 負荷
11 No.1UPS
12 No.2UPS
13 No.3UPS
11a、12a、13a コンバータ
11b、12b、13b インバータ
21 負荷電流検出器
22、23、25 ADコンバータ
24 電圧検出器
31、31A、31B デジタル演算回路
1 Commercial power supply 2
12 No. 2UPS
13 No. 3UPS
11a, 12a,
Claims (4)
前記各々のコンバータの出力側に夫々接続された蓄電池と、
前記負荷の入力電流を検出する負荷電流検出器と、
前記複数台の無停電電源装置に運転/停止指令を与える演算制御手段と
を具備し、
前記演算制御手段は、
前記負荷電流が所定値以下のとき、前記無停電電源装置の少なくとも1台のコンバータ及びインバータを運転停止し、
当該停止した無停電電源装置に接続された蓄電池が、前記コンバータの停止による充電機能の喪失によって所定量以上放電しないように、運転停止する無停電電源装置を順次切替えるようにした過放電防止手段を有することを特徴とする無停電電源システム。 Consists of a converter that converts AC voltage input from a commercial power source into DC voltage, and an inverter that converts the output of the converter into AC voltage again and outputs the output. Multiple uninterruptible power supplies
Storage batteries respectively connected to the output side of each converter,
A load current detector for detecting an input current of the load;
Computation control means for giving an operation / stop command to the plurality of uninterruptible power supply units,
The arithmetic control means includes
When the load current is less than or equal to a predetermined value, shut down at least one converter and inverter of the uninterruptible power supply,
Overdischarge prevention means for sequentially switching the uninterruptible power supply to be stopped so that the storage battery connected to the uninterruptible uninterruptible power supply does not discharge more than a predetermined amount due to loss of the charging function due to the stop of the converter An uninterruptible power supply system characterized by comprising:
前記無停電電源装置が第1の所定期間継続して停止したとき、停止する無停電電源装置を順次切替えるようにした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。 The overdischarge prevention means includes
2. The uninterruptible power supply system according to claim 1, wherein when the uninterruptible power supply is continuously stopped for a first predetermined period, the uninterruptible power supply to be stopped is sequentially switched.
前記無停電電源装置に接続された蓄電池の電圧が所定値以下となったとき、停止する無停電電源装置を順次切替えるようにした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。 The overdischarge prevention means includes
The uninterruptible power supply system according to claim 1, wherein when the voltage of the storage battery connected to the uninterruptible power supply becomes equal to or lower than a predetermined value, the uninterruptible power supply to be stopped is sequentially switched.
前記演算制御手段は、
前記商用電源が第2の所定期間停電したあと復電したとき、
停電期間中の前記負荷電流の推移から、蓄電池の放電量を推定し、
この放電量が所定値以上で且つ停電前の第3の所定期間内に停止していた無停電電源装置があったとき、
当該無停電電源装置を第4の所定期間だけ強制的に運転継続するようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の無停電電源システム。 Voltage detecting means for detecting a power failure of the commercial power supply,
The arithmetic control means includes
When the commercial power is restored after a power failure for a second predetermined period,
From the transition of the load current during the power outage period, estimate the discharge amount of the storage battery,
When there is an uninterruptible power supply whose discharge amount is equal to or greater than a predetermined value and stopped within the third predetermined period before the power failure,
The uninterruptible power supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein the uninterruptible power supply is forcibly continued for a fourth predetermined period.
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