JP2004080977A

JP2004080977A - System-switching apparatus

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Publication number: JP2004080977A
Application number: JP2002241944A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kamidachi; 神　達　幸　雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: JP4037717B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system switching apparatus which can rapidly and easily cope to changes in the operating conditions. <P>SOLUTION: When a semiconductor-switching type is switched, a semiconductor switch 4A turned on while switches 12, 14 are turned off, switches 13, 15 are turned on, is turned off, and thereafter a semiconductor switch 4B is turned on. When a hybrid type is switched, the switch 4B is turned on from the state, in which a power is supplied to a load 6 via the switches 12, 13 and a breaker 5 from an AC power source 2A. The switches 12, 13 are turned from on to off and the switches 14, 15 are switched from off to on, while the switch 4B is turned on. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷の運転中に２つの交流電源系統の切り換えを行う系統切換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ装置等の重要負荷に対しては、常時安定した電源を供給しなければならず、その間は一瞬たりとも停電状態の発生により負荷の運転が停止することは許されない。そのため、このような重要負荷に対しては、通常、２つの交流電源系統から電力供給を行うことができるようにしておき、負荷に対して現在電力供給を行っている系統（本明細書では「稼働系統」と呼ぶ）に異常が発生した場合には、直ちに他方の系統から電力供給が行われるように系統切換を行なうこととしている。系統切換装置は、このような場合の系統切換動作を行うものであり、系統切換方式の相違により半導体スイッチ形とハイブリッド形とに大別される。
【０００３】
半導体スイッチ方式とは、系統切換の手段として半導体スイッチのみを用いる方式であり、この方式では瞬間的な電源遮断状態の発生が避けられないのが特徴である。一方、ハイブリッド方式とは、系統切換の手段として半導体スイッチ及び機械式スイッチの双方を併用する方式であり、この方式では無瞬断での系統切換を行うことができるのが特徴である（例えば特開平４−１６５９３０号公報）。以下、半導体スイッチ方式に係る従来の系統切換装置、及びハイブリッド方式に係る従来の系統切換装置のそれぞれにつき説明する。
【０００４】
図８は、半導体スイッチ方式により系統切換動作を行う従来装置の構成図である。系統切換装置１は、第１の交流電源２Ａ又は第２の交流電源２Ｂの何れか一方を稼働系統として選択し、その選択した側の系統からの交流電力を負荷６に対して供給するようになっている。系統切換装置１は第１の半導体スイッチ４Ａ及び第２の半導体スイッチ４Ｂを有している。この第１の半導体スイッチ４Ａ及び第２の半導体スイッチ４Ｂは、その入力側がそれぞれ入力遮断器３Ａ，３Ｂを介して第１の交流電源２Ａ及び第２の交流電源２Ｂに接続されており、また、出力側が共通接続点Ｐ及び出力遮断器５を介して負荷６に接続されている。
【０００５】
次に、図８の動作を説明する。図９は、稼働系統をＡ系（第１の交流電源２Ａ、入力遮断器３Ａ、第１の半導体スイッチ４Ａ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を通って負荷６に至る系統）からＢ系（第２の交流電源２Ｂ、入力遮断器３Ｂ、第２の半導体スイッチ４Ｂ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を通って負荷６に至る系統）に切り換える場合についてのタイムチャートである。
【０００６】
まず、負荷６の運転中は入力遮断器３Ａ，３Ｂ及び出力遮断器５は常時オンになっている。そして、稼働系統がＡ系に選択されているときには第１の半導体スイッチ４Ａがオン、第２の半導体スイッチ４Ｂがオフになっているので、負荷６には第１の交流電源２Ａからの交流電力が入力遮断器３Ａ、第１の半導体スイッチ４Ａ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給される。この状態で、稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、それまでオン状態であった第１の半導体スイッチ４Ａが時刻ｔ１にオフとなる。したがって、この時点で第１の交流電源２Ａから負荷６に対する交流電力の供給が瞬時の間遮断されるが、時刻ｔ２に第２の半導体スイッチ４Ｂがオンとなるので、負荷６には第２の交流電源２Ｂからの交流電力が入力遮断器３Ｂ、第２の半導体スイッチ４Ｂ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給されることになる。
【０００７】
このような半導体スイッチ方式の系統切換では、限流要素がないために切換時点で両系統をラップさせることができず、常に瞬断切換となる。また、この方式では給電経路に常時半導体スイッチが入ることになるため大きな電力損失が発生し、更に半導体スイッチを構成するスイッチング素子は長時間の使用に耐えるものを用いなければならない、などの短所を有している。しかし、この方式では、系統間に横流が発生しないので、上位系統のシステムに関係なく適用することが可能であるという長所を有している。
【０００８】
図１０は、ハイブリッド方式により系統切換動作を行う従来装置の構成図である。この系統切換装置７も、図８の場合と同様に、第１の交流電源２Ａ又は第２の交流電源２Ｂの何れか一方を稼働系統として選択し、その選択した側の系統からの交流電力を負荷６に対して供給するものである。系統切換装置７は第１の半導体スイッチ８Ａ及び第２の半導体スイッチ８Ｂを有している。この第１の半導体スイッチ８Ａ及び第２の半導体スイッチ８Ｂは、その入力側がそれぞれ入力遮断器３Ａ，３Ｂを介して第１の交流電源２Ａ及び第２の交流電源２Ｂに接続されており、出力側がそれぞれ第１の電流制限用リアクトル９Ａ及び第２の電流制限用リアクトル９Ｂを介して共通接続点Ｐに接続されている。そして、この共通接続点Ｐが出力遮断器５を介して負荷６に接続されている。
【０００９】
また、半導体スイッチ８Ａ，８Ｂの入力側の点ＰＡ，ＰＢと、共通接続点Ｐとの間には双投式の切換スイッチ１０が接続されている。なお、このハイブリッド方式で用いられる半導体スイッチ８Ａ，８Ｂは、半導体スイッチ方式で用いられる半導体スイッチ４Ａ，４Ｂと異なり、系統切換の際の短時間の間のみ使用することを前提として作られたものである。
【００１０】
次に、図１０の動作を説明する。図１１は、稼働系統をＡ系（第１の交流電源２Ａ、入力遮断器３Ａ、点ＰＡ、切換スイッチ１０、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を通って負荷６に至る系統）からＢ系（第２の交流電源２Ｂ、入力遮断器３Ｂ、点ＰＢ、切換スイッチ１０、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を通って負荷６に至る系統）に切り換える場合についてのタイムチャートである。
【００１１】
まず、負荷６の運転中は入力遮断器３Ａ，３Ｂ及び出力遮断器５は常時オンになっている。そして、稼働系統がＡ系に選択されているときには、切換スイッチ１０の接点はＰＡ側に位置しており、半導体スイッチ８Ａ，８Ｂはオフになっているので、負荷６には上記のＡ系を経由して交流電力が供給されている。
【００１２】
そして、この状態から稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、時刻ｔ１で第２の半導体スイッチ８Ｂをオンにし、続いて時刻ｔ２で切換スイッチ１０のＰＡ側からＰＢ側への切換動作を開始する。切換スイッチ１０のこの切換動作は時刻ｔ３で完了し、その後時刻ｔ４で第２の半導体スイッチ８Ｂがオフになる。切換スイッチ１０は半導体スイッチに比べて切換速度が非常に遅い機械式スイッチであり、時刻ｔ２〜ｔ３までの期間がかなり長いものとなる。そのため、もし切換スイッチ１０のみで切り換えを行った場合には、この期間における負荷６に対する電力供給が遮断されることになり、負荷６側ではシステムダウン等の事故が発生する虞がある。
【００１３】
しかし、この図１０の構成では、時刻ｔ２〜ｔ３の期間をカバーする時刻ｔ１〜ｔ４の期間において第２の半導体スイッチ８Ｂがオンになっているので、第２の交流電源２Ｂからの交流電力が第２の半導体スイッチ８Ｂ及び第２の電流制限用リアクトル９Ｂを介して負荷６に対して供給される。したがって、Ａ系からＢ系への切換動作を無瞬断で行うことができ、負荷６側に切換動作の際の悪影響が及ぶのを防止することができる。
【００１４】
このように、ハイブリッド方式は、Ａ系からの電力供給とＢ系からの電力供給とがラップする期間が設けられているため系統の切換動作を無瞬断で行うことができ、負荷６に対する影響の観点からは半導体スイッチ方式よりも好ましい方式であるということができる。また、機械式スイッチの切換動作完了後は半導体スイッチがオフするために電力損失を小さくすることもできる。
【００１５】
しかし、時刻ｔ１で第２の半導体スイッチ８Ｂをオンにした直後はＡ系から負荷６への電力供給が行われているため、この第２の半導体スイッチ８Ｂから出力される電流がＡ系側へ横流として流入しようとする。この横流は第２の電流制限用リアクトル９Ｂによって抑制されるようになっているが、負荷６の運転状況によっては過大な電流レベル（このときの電流レベルの大きさは、オペレータの操作に基づく手動切換の場合にあっては両系統の電源電圧の差及び位相差によって決定され、また、異常事故発生に基づく自動切換の場合にあっては各系統の負荷量に依存するようになっている）となることがある。そして、過大な横流が発生した場合には、系統切換装置自体が故障したり、交流電源側に悪影響が及んだり、あるいは負荷６側の電圧が変動したりするなどの異常が発生する虞がある。したがって、系統切換方式としてハイブリッド方式を採用する場合は、その採用の可否についてシステムの詳細を充分に検討する必要がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、半導体スイッチ方式による系統切換は、系統間で横流が発生することはなく、また、電力損失を小さくできるという長所を有する反面、瞬間的な電源遮断状態の発生を避けることができず負荷に対して悪影響を及ぼす虞があるという短所を有している。一方、ハイブリッド方式による系統切換は、無瞬断で系統切換を行うことができるという長所を有する反面、系統間で過大な横流が発生する虞があるという短所を有している。したがって、系統切換装置として半導体スイッチ形、ハイブリッド形のいずれを採用するかについては、種々の条件を考慮して慎重に決定する必要がある。
【００１７】
しかし、一旦、系統切換の方式を決定した後で、システムの改修等を行った場合にはその都度、異なる切換方式の系統切換装置を設置し直さなければならず、あるいは負荷量が大きく変動する負荷の場合には運転期間中においても適用すべき切換方式が随時変化することがある。ところが、従来の系統切換装置は、いずれか一方の方式でしか切換動作を行うことができないため、このような運転条件の変更に迅速且つ容易に対処することができなかった。
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、運転条件の変更に迅速且つ容易に対処することが可能な系統切換装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、第１の交流電源系統又は第２の交流電源系統のうち稼働系統として選択したいずれか一方の系統からの交流電力を負荷に対して供給し、更にこの負荷の運転中に稼働系統を他方の系統に切り換えることが可能な系統切換装置において、入力側が前記第１の交流電源系統に接続された第１の半導体スイッチと、一端側が前記第１の半導体スイッチの出力側に接続され、他端側が前記負荷に接続された第１の電流制限用リアクトルと、入力側が前記第２の交流電源系統に接続された第２の半導体スイッチと、一端側が前記第２の半導体スイッチの出力側に接続され、他端側が前記第１の電流制限用リアクトルの他端と共に前記負荷に共通接続された第２の電流制限用リアクトルと、前記第１及び第２の半導体スイッチ並びに前記第１及び第２の電流制限用リアクトルのそれぞれをバイパスした電力供給経路又はバイパスしない電力供給経路を形成し、前記負荷の運転中での稼働系統の切り換えを半導体スイッチ方式又はハイブリッド方式のいずれかの方式で行うことを可能にする複数の機械式スイッチと、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の機械式スイッチは、前記第１の半導体スイッチに並列接続された第１の機械式スイッチ、前記第１の電流制限用リアクトルに並列接続された第２の機械式スイッチ、前記第２の半導体スイッチに並列接続された第３の機械式スイッチ、及び前記第２の電流制限用リアクトルに並列接続された第４の機械式スイッチである、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の機械式スイッチは、前記第１の交流電源系統からの交流電力を前記第１の半導体スイッチを介して前記負荷に供給する電力供給経路、又は前記第２の交流電源系統からの交流電力を前記負荷に直接供給する電力供給経路を形成する第１の切換スイッチ、及び前記第２の交流電源系統からの交流電力を前記第２の半導体スイッチを介して前記負荷に供給する電力供給経路、又は前記第１の交流電源系統からの交流電力を前記負荷に直接供給する電力供給経路を形成する第２の切換スイッチである、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１の交流電源系統側の負荷電流の検出に基づき、第１の交流電源系統側から第２の交流電源系統へのハイブリッド方式による稼働系統の切り換えを許可する第１のハイブリッド切換許可回路と、前記第２の交流電源系統側の負荷電流の検出に基づき、第２の交流電源系統側から第１の交流電源系統へのハイブリッド方式による稼働系統の切り換えを許可する第２のハイブリッド切換許可回路と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１の交流電源系統及び第２の交流電源系統間で稼働系統の切り換えを行ったときに発生する横流を予測する横流予測手段と、前記横流予測手段による予測結果と、前記第１の交流電源系統側又は第２の交流電源系統側の負荷供給電流の検出に基づき求められた横流許容量とから、前記ハイブリッド方式による稼働系統への切り換えを手動操作で行うことを許可する手動時ハイブリッド切換許可回路と、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記横流予測手段は、前記第１の交流電源系統と前記第２の交流電源系統との間の電圧差及び位相差に基づき前記横流を演算するものである、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項７記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記第１の交流電源系統及び第２の交流電源系統は、それぞれ第１の無停電電源装置及び第２の無停電電源装置を有するものであり、これら第１の無停電電源装置及び第２の無停電電源装置は、各系統側の負荷電流の検出に基づき各系統間でのハイブリッド方式による稼働系統の切り換えの可否を判定し、且つその判定結果を前記第１のハイブリッド切換許可回路又は第２のハイブリッド切換許可回路に出力するハイブリッド切換可否判定回路を有するものである、ことを特徴とする。
【００２６】
請求項８記載の発明は、請求項５又は６記載の発明において、前記第１の交流電源系統及び第２の交流電源系統は、それぞれ第１の無停電電源装置及び第２の無停電電源装置を有するものであり、これら第１の無停電電源装置及び第２の無停電電源装置は、各系統側の負荷供給電流の検出に基づき前記横流許容量を演算するものである、ことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態の構成図である。系統切換装置１１は、従来装置と同様に、第１の交流電源２Ａ又は第２の交流電源２Ｂの何れか一方を稼働系統として選択し、その選択した側の系統からの交流電力を負荷６に対して供給するようになっている。この系統切換装置１１は、図８又は図１０において示したのと同様の構成要素と、本図において新たに追加された構成要素とを有している。
【００２８】
すなわち、系統切換装置１１は、入力側が入力遮断器３Ａを介して第１の交流電源２Ａに接続された第１の半導体スイッチ４Ａと、一端側が第１の半導体スイッチ４Ａの出力側に接続され、他端側が共通接続点Ｐ及び出力遮断器５を介して負荷６に接続された第１の電流制限用リアクトル９Ａと、入力側が入力遮断器３Ｂを介して第２の交流電源２Ｂに接続された第２の半導体スイッチ４Ｂと、一端側が第２の半導体スイッチ４Ｂの出力側に接続され、他端側が第１の電流制限用リアクトル９Ａの他端と共に共通接続点Ｐにおいて接続された第２の電流制限用リアクトル９Ｂとを有している。
【００２９】
そして、第１の半導体スイッチ４Ａには第１の機械式スイッチ１２が、第１の電流制限用リアクトル９Ａには第２の機械式スイッチ１３が、第２の半導体スイッチ４Ｂには第３の機械式スイッチ１４が、第２の電流制限用リアクトル９Ｂには第４の機械式スイッチ１５が、それぞれ並列接続されている。これらの機械式スイッチ１２〜１５は、図示を省略してある制御回路により、手動で（オペレータが制御盤を操作する）、あるいは異常発生の検出時には自動で、オン、オフが制御されるようになっている。
【００３０】
系統切換装置１１は、また、Ａ系及びＢ系に沿って設けられたメインテナンス用バイパス路１６，１７を有しており、これらメインテナンス用バイパス路１６，１７には、それぞれバイパス路遮断器１８，１９が配設されている。これらは、入力遮断器３Ａ又は３Ｂと、出力遮断器５とをオフした状態で各系統の構成機器についてメインテナンスを行っている期間においても、第１の交流電源２Ａ又は第２の交流電源２Ｂからの交流電力を負荷６に対して供給できるようにするためのものである。
【００３１】
上記のような構成を有する系統切換装置１１によれば、第１の交流電源２Ａ及び第２の交流電源２Ｂ間で系統切換を行う際の方式を迅速且つ容易に選択することができる。
【００３２】
次に、図１の動作を図２のタイムチャートに基づき説明する。まず、半導体スイッチ方式により稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合を図２（ａ）に基づき説明する。なお、通常運転中は入力遮断器３Ａ，３Ｂ及び出力遮断器５はオン、バイパス路遮断器１８，１９はオフとなっている。
【００３３】
半導体スイッチ方式で切換動作を行う場合、第１の機械式スイッチ１２及び第３の機械式スイッチ１４は常時オフであり、また、第２の機械式スイッチ１３及び第４の機械式スイッチ１５は常時オンになっている。したがって、この場合の系統切換装置１１における回路構成は、図８の系統切換装置１における回路構成と等価になる。
【００３４】
それ故、この場合の系統切換動作も図９に示した動作と実質的にほぼ同じものとなる。すなわち、稼働系統がＡ系に選択されているときには第１の半導体スイッチ４Ａがオン、第２の半導体スイッチ４Ｂがオフになっているので、負荷６には第１の交流電源２Ａからの交流電力が入力遮断器３Ａ、第１の半導体スイッチ４Ａ、第２の機械式スイッチ１３、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給される。この状態で、稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、それまでオン状態であった第１の半導体スイッチ４Ａが時刻ｔ１にオフとなる。したがって、この時点で第１の交流電源２Ａから負荷６に対する交流電力の供給が瞬時の間遮断されるが、時刻ｔ２に第２の半導体スイッチ４Ｂがオンとなるので、負荷６には第２の交流電源２Ｂからの交流電力が入力遮断器３Ｂ、第２の半導体スイッチ４Ｂ、第４の機械式スイッチ１５、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給されることになる。
【００３５】
次に、ハイブリッド方式により稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合を図２（ｂ）に基づき説明する。稼働系統がＡ系に選択されているときには第１の半導体スイッチ４Ａがオフ、第１及び第２の機械式スイッチ１２，１３がオン、第２の半導体スイッチ４Ｂがオフ、第３及び第４の機械式スイッチ１４，１５がオフとなっているので、第１の交流電源２Ａからの交流電力が入力遮断器３Ａ、第１の機械式スイッチ１２、第２の機械式スイッチ１３、共通接続点Ｐ、出力遮断器５、を経由して負荷６に供給されている。
【００３６】
そして、この状態で稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、時刻ｔ１で第２の半導体スイッチ４Ｂをオンにし、次いで時刻ｔ２で第１の機械式スイッチ１２のオフ動作を開始すると共に第３の機械式スイッチ１４のオン動作を開始する。更に、時刻ｔ３で第２の機械式スイッチ１３のオフ動作を開始すると共に第４の機械式スイッチ１５のオン動作を開始する。
【００３７】
第２の半導体スイッチ４Ｂがオンになった時刻ｔ１直後においては、まだ第１の機械式スイッチ１２及び第２の機械式スイッチ１３はオンになっているため、第２の半導体スイッチ４Ｂから出力される電流が横流となって、これらのスイッチ１３，１２、及び入力遮断器３Ａを介して第１の交流電源２Ａ側に流入しようとするが、このとき第４の機械式スイッチ１５はオフとなっているので、この横流は第２の電流制限用リアクトル９Ｂにより抑制されることになる。
【００３８】
そして、時刻ｔ４の時点でスイッチ１２が完全にオフになると共にスイッチ１４が完全にオンになる。したがって、この時点では第１の交流電源２Ａからの交流電力は完全に遮断され、一方、第２の交流電源２Ｂからの交流電力は第２の半導体スイッチ４Ｂ及び第３の機械式スイッチ１４の双方を通って負荷６側に供給されている。
【００３９】
次いで、時刻ｔ５で第２の半導体スイッチ４Ｂがオフとなり、この時点で第２の交流電源２Ｂからの交流電力は第３の機械式スイッチ１４のみを通って負荷６側に供給されることになる。この後、時刻ｔ６で第２の機械式スイッチ１３が完全にオフとなり、第４の機械式スイッチ１５が完全にオンとなる。これにより、Ａ系からＢ系への系統切換動作が完了する。なお、時刻ｔ３〜ｔ６で第２の機械式スイッチ１３をオフにしているが、これはＡ系からＢ系への切り換えに必要なものではなく、この後Ｂ系からＡ系へ切り換えを行う場合に、Ａ系からＢ系への横流を第１の電流制限用リアクトル９Ａにより抑制するために必要なものである。
【００４０】
上記のように、図１の構成によれば、半導体スイッチ４Ａ，４Ｂ、及び機械式スイッチ１２〜１５のオンオフを制御することにより、半導体スイッチ方式、ハイブリッド方式のいずれの方式によっても系統切換動作を行うことができるようになり、運転条件の変更に迅速且つ容易に対処することが可能になる。
【００４１】
図３は、本発明の第２の実施形態の構成図である。図３が図１と異なる点は、機械式スイッチ１２〜１５の代わりに双投式の第１の切換スイッチ２１及び第２の切換スイッチ２２を用いている点である。第１の切換スイッチ２１の一方の側は点ＰＡ２，ＰＢ１に接続され、他方の側は共通接続点Ｐに接続されている。第２の切換スイッチ２２の一方の側は点ＰＡ１，ＰＢ２に接続され、他方の側は共通接続点Ｐに接続されている。
【００４２】
次に、図３の動作を図４のタイムチャートに基づき説明する。半導体スイッチ方式で稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合の各スイッチのオンオフ状態についての変化は図４（ａ）に示すようになる。この図に示すように、第１の切換スイッチ２１の接点はＰＡ２側、第２の切換スイッチ２２の接点はＰＢ２側に常時位置している。したがって、第１の電流制限用リアクトル９Ａ及び第２の電流制限用リアクトル９Ｂはこれらスイッチ２１，２２によりバイパスされた状態になっており、この状態の回路構成は図８と等価なものになっている。
【００４３】
そして、稼働系統がＡ系に選択されているときには、第１の半導体スイッチ４Ａがオン、第２の半導体スイッチ４Ｂがオフになっているので、負荷６には第１の交流電源２Ａからの交流電力が入力遮断器３Ａ、第１の半導体スイッチ４Ａ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給される。この状態で、稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、それまでオン状態であった第１の半導体スイッチ４Ａが時刻ｔ１にオフとなる。したがって、この時点で第１の交流電源２Ａから負荷６に対する交流電力の供給が瞬時の間遮断されるが、時刻ｔ２に第２の半導体スイッチ４Ｂがオンとなるので、負荷６には第２の交流電源２Ｂからの交流電力が入力遮断器３Ｂ、第２の半導体スイッチ４Ｂ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給されることになる。
【００４４】
また、ハイブリッド方式で稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合の各スイッチのオンオフ状態についての変化は図４（ｂ）に示すようになる。すなわち、稼働系統がＡ系に選択されているときには、半導体スイッチ４Ａ，４Ｂはオフ、切換スイッチ２１はＰＡ２側、切換スイッチ２２はＰＡ１側になっているので、第１の交流電源２Ａからの交流電力が、入力遮断器３Ａ、点ＰＡ１、第２の切換スイッチ２２、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して負荷６に供給されている。
【００４５】
そして、この状態で稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、時刻ｔ１で第２の半導体スイッチ４Ｂをオンにし、続いて時刻ｔ２で第１の切換スイッチ２１のＰＡ２側からＰＢ１側への切換動作を開始すると共に、第２の切換スイッチ２２のＰＡ１側からＰＢ２側への切換動作を開始する。これら切換スイッチ２１，２２の切換動作は時刻ｔ３で完了し、その後時刻ｔ４で第２の半導体スイッチ４Ｂがオフになる。したがって、図１０の場合と同様に、Ａ系からＢ系への切換動作を無瞬断で行うことができ、負荷６側に切換動作の際の悪影響が及ぶのを防止することができる。
【００４６】
この図３の第２の実施形態では、機械式スイッチとして双投形の切換スイッチ２１，２２を用いているので、図１の第１の実施形態に比べて機械式スイッチの数が削減された結果となっている。したがって、スイッチのオンオフ制御がより簡単化されると共に、スイッチ数の削減によりコストが低減化された結果となっている。
【００４７】
図５は、本発明の第３の実施形態の構成を示すと共に、この実施形態を適用した電源供給システムの構成を示した説明図である。この実施形態に係る系統切換装置は、ハイブリッド方式による系統切換について許可又は禁止を与える機能を有するものであり、また、交流電源系統には無停電電源装置が含まれているものである。
【００４８】
図５において、系統切換装置２３は、図１の系統切換装置１１とほぼ同様の構成であるが、第１のハイブリッド切換許可回路２４及び第２のハイブリッド切換許可回路２５を有する点が異なっている。この系統切換装置２３には、第１の無停電電源装置２６Ａからの交流電力がＡ系入力として供給されると共に、第２の無停電電源装置２６Ｂからの交流電力がＢ系入力として供給されるようになっている。これら無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂは、それぞれ負荷６Ａ，６Ｂに対しても交流電力を出力している。
【００４９】
すなわち、この図５の電源供給システムでは、通常運転時には、系統切換装置２３及び無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂの３つの装置が常時出力を行っており、コンピュータ装置などの最も重要な負荷６が系統切換装置２３からの交流電力の供給を受け、通常負荷６Ａ，６Ｂが無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂからの交流電力の供給を受けるようになっている。したがって、系統切換装置２３はＡ系又はＢ系の何れかの系統を稼働系統として切り換えることができるので、Ａ系又はＢ系の何れか一方に異常が発生したとしても、負荷６，６Ａ，６Ｂのうち少なくとも最重要負荷６についてだけは系統切換装置２３の切換動作により継続して交流電力が供給されるようになっている。
【００５０】
第１の無停電電源装置２６Ａは、入力遮断器２７Ａを介して第１の交流電源２Ａからの交流電力を入力してこれを直流電力に変換するコンバータ２８Ａと、コンバータ２８Ａからの直流電力を交流電力に変換してこれを切換スイッチ３０Ａを介して負荷６Ａに出力するインバータ２９Ａと、停電時にコンバータ２８Ａに代わって直流電力をインバータ２９Ａに供給するバッテリー３１Ａと、バイパス遮断器３３Ａが設けられているバイパス路３２Ａと、負荷６Ａへ出力される負荷電流を検出する電流検出器３４Ａと、電流検出器３４Ａからの検出信号に基づきハイブリッド方式によるＡ系からＢ系への系統切換の可否を判定する判定回路３５Ａとを有している。第２の無停電電源装置２６Ｂも上記の第１の無停電電源装置２６Ａと同様の構成となっている。
【００５１】
図６は、図５の判定回路３５Ａについての論理構成図である。この図に示すように、判定回路３５Ａは、ＡＮＤ回路３６Ａを有しており、負荷電流が設定値よりも小さいという条件とＵＰＳ（無停電電源装置）が正常運転状態であるという条件の２つの条件が共に成立した場合に、ハイブリッド方式によるＡ系からＢ系への系統切換が可能である旨の判定信号を第１のハイブリッド切換許可回路２４に出力するようになっている。
【００５２】
次に、図５の動作につき説明する。いま、第１の無停電電源装置２６Ａ、系統切換装置２３、及び第２の無停電電源装置２６Ｂのいずれも正常な運転状態でそれぞれ負荷６Ａ，６，６Ｂに交流電力を供給しており、系統切換装置２３は、Ａ系入力すなわち第１の無停電電源装置２６Ａからの入力に基づき負荷６に交流電力を供給しているものとする。この状態で、Ａ系のいずれかの個所で異常が発生した場合、図示を省略している制御回路は、スイッチ４Ａ，４Ｂ、及びスイッチ１２〜１５のオンオフ制御により系統切換装置２３における稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えようとする。
【００５３】
このとき、判定回路３５Ａは図６にて説明した２つの条件が成立しているか否かに基づく判定を行い、その判定結果を第１のハイブリッド切換許可回路２４に出力する。第１のハイブリッド切換許可回路２４は、この判定結果を受けて、制御回路に対してハイブリッド方式による系統切換を許可する信号又は禁止する信号を出力する。
【００５４】
ここで、ハイブリッド方式による系統切換が禁止される場合とは、例えば、負荷６Ａへの負荷電流が設定値よりも大きな場合、あるいは切換スイッチ３０Ａがバイパス路３２Ａ側に切り換えられて第１の交流電源２Ａからの直送給電が行われているような場合である。したがって、この場合には系統切換装置２３はハイブリッド方式ではなく、半導体スイッチ方式により系統切換動作を行う。この場合の切換動作の内容については第１の実施形態において既述しているので重複した説明を省略する。
【００５５】
また、ハイブリッド方式による系統切換が許可された場合、系統切換装置２３はそのままハイブリッド方式による系統切換を実行するがこの場合の切換動作の内容についても第１の実施形態で既述しているので省略する。なお、図５の構成では、判定回路３５Ａ，３５Ｂがそれぞれ無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂに設けられている場合を示したが、これら判定回路３５Ａ，３５Ｂは系統切換装置２３に設けることも可能である。
【００５６】
このように、この第３の実施形態では系統切換装置２３が、ハイブリッド方式による系統切換の可否をチェックする機能を備えているので、ハイブリッド方式による切換実行時に過大な横流の発生によってシステムに支障を及ぼすことを未然に防ぐことができる。
【００５７】
図７は、本発明の第４の実施形態の構成を示すと共に、この実施形態を適用した電源供給システムの構成を示した説明図である。この実施形態は、オペレータが制御盤の手動操作でハイブリッド方式による系統切換を行おうとする場合に、この系統切換に伴って発生する横流の大きさを予測し、この予測結果に基づきハイブリッド方式による系統切換の可否をチェックする機能を備えたものである。
【００５８】
図７の構成は、図５における第１の無停電電源装置２６Ａ、系統切換装置２３、及び第２の無停電電源装置２６Ｂをそれぞれ第１の無停電電源装置４０Ａ、系統切換装置３７、及び第２の無停電電源装置４０Ｂに置き換えたものである。系統切換装置３７が系統切換装置２３と異なる主な点は、横流予測手段３８及び手動時ハイブリッド切換許可回路３９を備えている点であり、無停電電源装置４０Ａ，４０Ｂが無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂと異なる主な点は横流許容量演算回路４１Ａ，４１Ｂを備えている点である。
【００５９】
横流予測手段３８はＡ系及びＢ系の電圧検出信号を入力しており、Ａ系とＢ系との間の電圧差及び位相差に基づき、ハイブリッド方式による系統切換を行った場合に発生する横流Ｉを予測演算するようになっている。この予測演算は次のようにして行う。すなわち、Ａ系入力電圧をＶＡ、Ｂ系入力電圧をＶＢ、位相差をθ、周波数をｆ、インダクタンスをＬとすれば、系統間の差電圧ΔＶは（１）式により求められ、この（１）式の結果を用いて横流Ｉを（２）式により求めることができる。ここで、入力電圧が無停電電源装置からのものである場合には、一般に、θ≒０となるため、ｓｉｎθ≒θ、ｃｏｓθ≒１とすることができるので、（２）式の代わりに（３）式を用いて横流Ｉを求めることができる。
【００６０】
【数１】

横流許容量演算回路４１Ａ，４１Ｂは電流検出器３４Ａ，３４Ｂの検出値に基づき横流許容量を演算する。この演算は、予め設定されている最大横流許容量から検出電流量を差し引く簡単なものである。系統切換装置３７には減算器４２Ａ，４２Ｂが設けられており、横流許容量演算回路４１Ａからの横流許容量と横流予測手段３８からの予測量との偏差、及び横流許容量演算回路４１Ｂからの横流許容量と横流予測手段３８からの予測量との偏差が手動時ハイブリッド切換許可回路３９に入力されるようになっている。手動時ハイブリッド切換許可回路３９は、これらの入力に基づきオペレータが手動操作によって稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合、あるいはＢ系からＡ系に切り換える場合にハイブリッド方式を採用することの可否についての許可信号又は禁止信号を制御回路に出力するようになっている。
【００６１】
上記の第４の実施形態によれば、オペレータがハイブリッド方式による系統切換を手動操作で行おうとする場合に、負荷状態で決まる横流許容量と、予測演算した横流量との比較に基づき、その系統切換の可否を判定しているので、過大な横流に起因する異常事故の発生を未然に防ぎ、より安全な系統切換を実行することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、運転条件の変更に迅速且つ容易に対処することが可能な系統切換装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成図。
【図２】図１の動作を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は半導体スイッチ方式による切換動作の場合、（ｂ）はハイブリッド方式による切換動作の場合を示している。
【図３】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図４】図３の動作を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は半導体スイッチ方式による切換動作の場合、（ｂ）はハイブリッド方式による切換動作の場合を示している。
【図５】本発明の第３の実施形態の構成を示すと共に、この実施形態を適用した電源供給システムの構成を示した説明図。
【図６】図５の判定回路３５Ａについての論理構成図。
【図７】本発明の第４の実施形態の構成を示すと共に、この実施形態を適用した電源供給システムの構成を示した説明図。
【図８】半導体スイッチ方式により系統切換動作を行う従来装置の構成図。
【図９】図８の動作を説明するためのタイムチャート。
【図１０】ハイブリッド方式により系統切換動作を行う従来装置の構成図。
【図１１】図１０の動作を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１　系統切換装置
２Ａ　第１の交流電源
２Ｂ　第２の交流電源
３Ａ，３Ｂ　入力遮断器
４Ａ　第１の半導体スイッチ
４Ｂ　第２の半導体スイッチ
５　出力遮断器
６，６Ａ，６Ｂ　負荷
７　系統切換装置
８Ａ　第１の半導体スイッチ
８Ｂ　第２の半導体スイッチ
９Ａ　第１の電流制限用リアクトル
９Ｂ　第２の電流制限用リアクトル
１０　切換スイッチ
１１　系統切換装置
１２　第１の機械式スイッチ
１３　第２の機械式スイッチ
１４　第３の機械式スイッチ
１５　第４の機械式スイッチ
１６　メインテナンス用バイパス路
１７　メインテナンス用バイパス路
１８，１９　バイパス路遮断器
２０　系統切換装置
２１　第１の切換スイッチ
２２　第２の切換スイッチ
２３　系統切換装置
２４　第１のハイブリッド切換許可回路
２５　第２のハイブリッド切換許可回路
２６Ａ　第１の無停電電源装置
２６Ｂ　第２の無停電電源装置
２７Ａ，２７Ｂ　入力遮断器
２８Ａ，２８Ｂ　コンバータ
２９Ａ，２９Ｂ　インバータ
３０Ａ，３０Ｂ　切換スイッチ
３１Ａ，３１Ｂ　バッテリー
３２Ａ，３２Ｂ　バイパス路
３３Ａ，３３Ｂ　バイパス遮断器
３４Ａ，３４Ｂ　電流検出器
３５Ａ，３５Ｂ　判定回路
３６Ａ　ＡＮＤ回路
３７　系統切換装置
３８　横流予測手段
３９　手動時ハイブリッド切換許可回路
４０Ａ　第１の無停電電源装置
４０Ｂ　第２の無停電電源装置
４１Ａ，４１Ｂ　横流許容量演算回路
４２Ａ，４２Ｂ　減算器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a system switching device that switches between two AC power systems during operation of a load.
[0002]
[Prior art]
Stable power must always be supplied to an important load such as a computer device, and during that time, the operation of the load cannot be stopped due to the occurrence of a power failure even for a moment. Therefore, for such an important load, usually, power can be supplied from two AC power supply systems, and the current power supply to the load (in this specification, “ When an abnormality occurs in the "operating system"), system switching is performed so that power is immediately supplied from the other system. The system switching device performs a system switching operation in such a case, and is roughly classified into a semiconductor switch type and a hybrid type depending on a difference in the system switching method.
[0003]
The semiconductor switch system is a system that uses only a semiconductor switch as a system switching means, and is characterized in that an instantaneous power-off state cannot be avoided in this system. On the other hand, the hybrid system is a system in which both a semiconductor switch and a mechanical switch are used in combination as a system switching means, and this system is characterized in that system switching can be performed without an instantaneous interruption. JP-A-4-165930). Hereinafter, each of the conventional system switching device according to the semiconductor switch system and the conventional system switching device according to the hybrid system will be described.
[0004]
FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional device that performs a system switching operation by a semiconductor switch method. The system switching device 1 selects one of the first AC power supply 2A and the second AC power supply 2B as an operating system, and supplies AC power from the selected system to the load 6. Has become. The system switching device 1 has a first semiconductor switch 4A and a second semiconductor switch 4B. The first semiconductor switch 4A and the second semiconductor switch 4B have their input sides connected to the first AC power supply 2A and the second AC power supply 2B via

input circuit breakers

3A and 3B, respectively. The output side is connected to a load 6 via a common connection point P and an output circuit breaker 5.
[0005]
Next, the operation of FIG. 8 will be described. FIG. 9 shows a case where the operating system is changed from the system A (system which reaches the load 6 through the first AC power supply 2A, the input circuit breaker 3A, the first semiconductor switch 4A, the common connection point P, and the output circuit breaker 5). 6 is a time chart for a case of switching to a system (a system that reaches a load 6 through a second AC power supply 2B, an input circuit breaker 3B, a second semiconductor switch 4B, a common connection point P, and an output circuit breaker 5).
[0006]
First, during operation of the load 6, the

input circuit breakers

3A and 3B and the output circuit breaker 5 are always on. When the operating system is selected as the A system, the first semiconductor switch 4A is on and the second semiconductor switch 4B is off, so that the load 6 is supplied with the AC power from the first AC power supply 2A. Is supplied via the input circuit breaker 3A, the first semiconductor switch 4A, the common connection point P, and the output circuit breaker 5. In this state, in order to switch the operating system from the A system to the B system, the first semiconductor switch 4A that has been on until that time is turned off at time t1. Therefore, at this time, the supply of AC power from the first AC power supply 2A to the load 6 is interrupted for a moment, but the second semiconductor switch 4B is turned on at time t2, so that the load 6 The AC power from the AC power supply 2B is supplied via the input circuit breaker 3B, the second semiconductor switch 4B, the common connection point P, and the output circuit breaker 5.
[0007]
In such semiconductor switch system switching, since there is no current limiting element, both systems cannot be overlapped at the time of switching, and instantaneous interruption switching is always performed. In addition, this method has disadvantages in that a large amount of power loss occurs because the semiconductor switch always enters the power supply path, and that the switching element that constitutes the semiconductor switch must be one that can withstand long-time use. Have. However, this method has an advantage that it can be applied irrespective of the system of the upper system, since no cross flow occurs between the systems.
[0008]
FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional device that performs a system switching operation by a hybrid system. This system switching device 7 also selects one of the first AC power supply 2A and the second AC power supply 2B as the operating system, and uses the AC power from the system on the selected side as in the case of FIG. This is supplied to the load 6. The system switching device 7 has a first semiconductor switch 8A and a second semiconductor switch 8B. The first semiconductor switch 8A and the second semiconductor switch 8B have their input sides connected to the first AC power supply 2A and the second AC power supply 2B via

input circuit breakers

3A and 3B, respectively. Each of them is connected to a common connection point P via a first current limiting reactor 9A and a second current limiting reactor 9B. The common connection point P is connected to the load 6 via the output circuit breaker 5.
[0009]
Further, a double-throw changeover switch 10 is connected between points PA, PB on the input side of the semiconductor switches 8A, 8B and a common connection point P. The semiconductor switches 8A and 8B used in the hybrid system are different from the

semiconductor switches

4A and 4B used in the semiconductor switch system, and are made on the assumption that they are used only for a short time at the time of system switching. is there.
[0010]
Next, the operation of FIG. 10 will be described. FIG. 11 shows that the operating system is changed from the system A (system which reaches the load 6 through the first AC power supply 2A, the input circuit breaker 3A, the point PA, the changeover switch 10, the common connection point P, and the output circuit breaker 5). 6 is a time chart for switching to a system (a system that reaches the load 6 through the second AC power supply 2B, the input circuit breaker 3B, the point PB, the changeover switch 10, the common connection point P, and the output circuit breaker 5).
[0011]
First, during operation of the load 6, the

input circuit breakers

3A and 3B and the output circuit breaker 5 are always on. When the operating system is selected as the A system, the contact of the changeover switch 10 is located on the PA side, and the semiconductor switches 8A and 8B are turned off. AC power is supplied via the power supply.
[0012]
Then, in order to switch the operating system from the A system to the B system from this state, the second semiconductor switch 8B is turned on at time t1, and then the switching operation of the changeover switch 10 from the PA side to the PB side is started at time t2. I do. This switching operation of the changeover switch 10 is completed at time t3, and thereafter, at time t4, the second semiconductor switch 8B is turned off. The changeover switch 10 is a mechanical switch whose switching speed is much slower than that of the semiconductor switch, and the period from time t2 to t3 is considerably long. Therefore, if the switching is performed only by the changeover switch 10, the power supply to the load 6 during this period is cut off, and an accident such as a system down may occur on the load 6 side.
[0013]
However, in the configuration of FIG. 10, since the second semiconductor switch 8B is turned on during the period from time t1 to t4 covering the period from time t2 to t3, the AC power from the second AC power supply 2B is reduced. The power is supplied to the load 6 via the second semiconductor switch 8B and the second current limiting reactor 9B. Therefore, the switching operation from the A system to the B system can be performed without an instantaneous interruption, and it is possible to prevent the load 6 from being adversely affected by the switching operation.
[0014]
As described above, in the hybrid system, since the power supply from the system A and the power supply from the system B overlap each other, the switching operation of the system can be performed without an instantaneous interruption. From the viewpoint of the above, it can be said that the method is preferable to the semiconductor switch method. Further, since the semiconductor switch is turned off after the switching operation of the mechanical switch is completed, the power loss can be reduced.
[0015]
However, immediately after the second semiconductor switch 8B is turned on at time t1, the power supply from the A-system to the load 6 is performed, so that the current output from the second semiconductor switch 8B is sent to the A-system side. Attempts to flow in as a cross flow. This cross current is suppressed by the second current limiting reactor 9B. However, depending on the operating condition of the load 6, an excessive current level (the magnitude of the current level at this time is determined manually by the operator) In the case of switching, it is determined by the difference and the phase difference between the power supply voltages of the two systems, and in the case of automatic switching based on the occurrence of an abnormal accident, it depends on the load of each system.) It may be. If an excessive cross current occurs, there is a possibility that an abnormality such as a failure of the system switching device itself, an adverse effect on the AC power supply side, or a fluctuation in the voltage of the load 6 may occur. is there. Therefore, when the hybrid system is adopted as the system switching system, it is necessary to sufficiently examine the details of the system as to whether or not the system can be adopted.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the system switching by the semiconductor switch method has the advantage that no cross current occurs between the systems and the power loss can be reduced, but the instantaneous power cutoff state can be avoided. However, there is a disadvantage that the load may be adversely affected. On the other hand, the system switching by the hybrid system has an advantage that the system switching can be performed without an instantaneous interruption, but has a disadvantage that an excessive cross current may occur between the systems. Therefore, it is necessary to carefully determine whether to use the semiconductor switch type or the hybrid type as the system switching device in consideration of various conditions.
[0017]
However, once the system switching method is determined and the system is modified, the system switching device of a different switching method must be re-installed each time the system is modified, or the load amount fluctuates greatly. In the case of a load, the switching method to be applied may change at any time even during the operation period. However, since the conventional system switching device can perform the switching operation by only one of the methods, it is not possible to quickly and easily cope with such a change in the operating condition.
[0018]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a system switching device capable of quickly and easily coping with a change in operating conditions.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
As a means for solving the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 provides an AC power from one of the first AC power supply system and the second AC power supply system selected as an operation system to a load. A first semiconductor switch having an input side connected to the first AC power supply system, and a first semiconductor switch having one end connected to the first AC power supply system. A first current limiting reactor having a first side connected to the output side of the first semiconductor switch and the other end side connected to the load; and a second semiconductor switch having an input side connected to the second AC power supply system. A second current limiting reactor having one end connected to the output side of the second semiconductor switch and the other end commonly connected to the load together with the other end of the first current limiting reactor; The first and second semiconductor switches and a power supply path that bypasses each of the first and second current limiting reactors or a power supply path that does not bypass each other are formed, and an operating system is switched during operation of the load. And a plurality of mechanical switches that enable the operation to be performed by any of a semiconductor switch system and a hybrid system.
[0020]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the plurality of mechanical switches are a first mechanical switch connected in parallel to the first semiconductor switch, and the first current limiting reactor. A second mechanical switch connected in parallel to the second switch, a third mechanical switch connected in parallel to the second semiconductor switch, and a fourth mechanical switch connected in parallel to the second current limiting reactor It is characterized by the following.
[0021]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the plurality of mechanical switches supply AC power from the first AC power supply system to the load via the first semiconductor switch. A first switch that forms a power supply path, or a power supply path that directly supplies the AC power from the second AC power supply system to the load, and the AC power from the second AC power supply system to the first switch. A second changeover switch forming a power supply path for supplying the load via the second semiconductor switch to the load or a power supply path for directly supplying the AC power from the first AC power supply system to the load. It is characterized.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the second AC power supply side receives the second AC power based on the detection of the load current on the first AC power supply side. A first hybrid switching permitting circuit for permitting switching of the operating system to the power supply system by the hybrid system, and a first AC switching system based on the detection of the load current on the second AC power supply system, A second hybrid switching permission circuit that permits switching of the operating system to the AC power supply system in a hybrid manner.
[0023]
According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, a cross current generated when an operating system is switched between the first AC power supply system and the second AC power supply system. From the cross flow prediction means for predicting, and the prediction result by the cross flow prediction means and the cross flow allowable amount obtained based on the detection of the load supply current on the first AC power supply system side or the second AC power supply system side, And a manual-time hybrid switching permission circuit that permits manual switching of switching to the operating system by the hybrid method.
[0024]
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the invention, the cross current predicting means is configured to determine the cross current based on a voltage difference and a phase difference between the first AC power system and the second AC power system. Is calculated.
[0025]
The invention according to claim 7 is the invention according to claim 4, wherein the first AC power supply system and the second AC power supply system have a first uninterruptible power supply and a second uninterruptible power supply, respectively. The first uninterruptible power supply and the second uninterruptible power supply determine whether the switching of the operating system by the hybrid system between the respective systems is possible based on the detection of the load current on each system side, And a hybrid switching enable / disable determination circuit for outputting the determination result to the first hybrid switching permission circuit or the second hybrid switching permission circuit.
[0026]
The invention according to claim 8 is the invention according to

claim

5 or 6, wherein the first AC power supply system and the second AC power supply system are a first uninterruptible power supply and a second uninterruptible power supply, respectively. Wherein the first uninterruptible power supply and the second uninterruptible power supply calculate the cross current allowance based on the detection of the load supply current on each system side. I do.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention. The system switching device 11 selects one of the first AC power supply 2A and the second AC power supply 2B as the operating system, and supplies the AC power from the selected system to the load 6, as in the conventional device. Supply to the customer. This system switching device 11 has the same components as those shown in FIG. 8 or FIG. 10, and components newly added in FIG.
[0028]
That is, the system switching device 11 has an input side connected to the first semiconductor switch 4A connected to the first AC power supply 2A via the input circuit breaker 3A, and one end connected to the output side of the first semiconductor switch 4A, The other end is connected to the first current limiting reactor 9A connected to the load 6 via the common connection point P and the output circuit breaker 5, and the input side is connected to the second AC power supply 2B via the input circuit breaker 3B. A second semiconductor switch 4B, a second current having one end connected to the output side of the second semiconductor switch 4B and the other end connected at the common connection point P together with the other end of the first current limiting reactor 9A. And a restricting reactor 9B.
[0029]
The first semiconductor switch 4A has the first mechanical switch 12, the first current limiting reactor 9A has the second mechanical switch 13, and the second semiconductor switch 4B has the third mechanical switch 13. An expression switch 14 is connected in parallel to a fourth mechanical switch 15 in the second current limiting reactor 9B. These mechanical switches 12 to 15 are turned on and off by a control circuit (not shown) manually (operating the control panel by an operator) or automatically when an abnormality is detected. Has become.
[0030]
The system switching device 11 also has

maintenance bypass passages

16 and 17 provided along the A system and the B system, and the

maintenance bypass passages

16 and 17 have

bypass passage breakers

18 and 17, respectively. 19 are provided. These are supplied from the first AC power supply 2A or the second AC power supply 2B even during the maintenance of the components of each system with the

input circuit breaker

3A or 3B and the output circuit breaker 5 turned off. To supply the AC power to the load 6.
[0031]
According to the system switching device 11 having the above configuration, it is possible to quickly and easily select a system for performing system switching between the first AC power supply 2A and the second AC power supply 2B.
[0032]
Next, the operation of FIG. 1 will be described based on the time chart of FIG. First, a case where the operating system is switched from the A system to the B system by the semiconductor switch method will be described with reference to FIG. During normal operation, the

input circuit breakers

3A and 3B and the output circuit breaker 5 are on, and the

bypass circuit breakers

18 and 19 are off.
[0033]
When the switching operation is performed by the semiconductor switch method, the first mechanical switch 12 and the third mechanical switch 14 are always off, and the second mechanical switch 13 and the fourth mechanical switch 15 are always off. Turned on. Therefore, the circuit configuration of the system switching device 11 in this case is equivalent to the circuit configuration of the system switching device 1 of FIG.
[0034]
Therefore, the system switching operation in this case is substantially the same as the operation shown in FIG. That is, when the operating system is selected as the A system, the first semiconductor switch 4A is on and the second semiconductor switch 4B is off, so that the AC power from the first AC power supply 2A is applied to the load 6. Is supplied via the input circuit breaker 3A, the first semiconductor switch 4A, the second mechanical switch 13, the common connection point P, and the output circuit breaker 5. In this state, in order to switch the operating system from the A system to the B system, the first semiconductor switch 4A that has been on until that time is turned off at time t1. Therefore, at this time, the supply of AC power from the first AC power supply 2A to the load 6 is interrupted for a moment, but the second semiconductor switch 4B is turned on at time t2, so that the load 6 has the second semiconductor switch 4B. The AC power from the AC power supply 2B is supplied via the input circuit breaker 3B, the second semiconductor switch 4B, the fourth mechanical switch 15, the common connection point P, and the output circuit breaker 5.
[0035]
Next, a case where the operating system is switched from the A system to the B system by the hybrid system will be described with reference to FIG. When the operating system is selected as the A system, the first semiconductor switch 4A is off, the first and second

mechanical switches

12 and 13 are on, the second semiconductor switch 4B is off, and the third and fourth switches are off. Since the

mechanical switches

14 and 15 are turned off, the AC power from the first AC power supply 2A is supplied to the input circuit breaker 3A, the first mechanical switch 12, the second mechanical switch 13, and the common connection point P. , An output circuit breaker 5 and a load 6.
[0036]
Then, in this state, the second semiconductor switch 4B is turned on at time t1 to switch the operating system from the A system to the B system, and then the first mechanical switch 12 is turned off at time t2 and the third semiconductor switch 4B is turned on. Of the mechanical switch 14 is started. Further, at time t3, the off operation of the second mechanical switch 13 is started and the on operation of the fourth mechanical switch 15 is started.
[0037]
Immediately after the time t1 at which the second semiconductor switch 4B is turned on, the first mechanical switch 12 and the second mechanical switch 13 are still turned on, so that the output is output from the second semiconductor switch 4B. Current flows into the first AC power supply 2A through the

switches

13 and 12 and the input circuit breaker 3A. At this time, the fourth mechanical switch 15 is turned off. Therefore, this cross current is suppressed by the second current limiting reactor 9B.
[0038]
Then, at time t4, the switch 12 is completely turned off and the switch 14 is completely turned on. Therefore, at this point, the AC power from the first AC power supply 2A is completely shut off, while the AC power from the second AC power supply 2B is supplied to both the second semiconductor switch 4B and the third mechanical switch 14 at the same time. To the load 6 side.
[0039]
Next, at time t5, the second semiconductor switch 4B is turned off. At this time, the AC power from the second AC power supply 2B is supplied to the load 6 only through the third mechanical switch 14. . Thereafter, at time t6, the second mechanical switch 13 is completely turned off, and the fourth mechanical switch 15 is completely turned on. Thereby, the system switching operation from the system A to the system B is completed. Note that the second mechanical switch 13 is turned off from time t3 to t6, but this is not necessary for switching from the A system to the B system. In addition, it is necessary to suppress the cross current from the A system to the B system by the first current limiting reactor 9A.
[0040]
As described above, according to the configuration of FIG. 1, by controlling the on / off of the semiconductor switches 4A and 4B and the mechanical switches 12 to 15, the system switching operation can be performed by either the semiconductor switch system or the hybrid system. This makes it possible to quickly and easily deal with changes in operating conditions.
[0041]
FIG. 3 is a configuration diagram of the second embodiment of the present invention. FIG. 3 differs from FIG. 1 in that a double-throw type first changeover switch 21 and a second changeover switch 22 are used in place of the mechanical switches 12 to 15. One side of the first changeover switch 21 is connected to the points PA2 and PB1, and the other side is connected to the common connection point P. One side of the second changeover switch 22 is connected to the points PA1 and PB2, and the other side is connected to the common connection point P.
[0042]
Next, the operation of FIG. 3 will be described based on the time chart of FIG. FIG. 4A shows a change in the on / off state of each switch when the operating system is switched from the A system to the B system in the semiconductor switch system. As shown in this figure, the contact of the first changeover switch 21 is always on the PA2 side, and the contact of the second changeover switch 22 is always on the PB2 side. Therefore, the first current limiting reactor 9A and the second current limiting reactor 9B are in a state of being bypassed by these

switches

21 and 22, and the circuit configuration in this state is equivalent to FIG. I have.
[0043]
When the operating system is selected as the A system, the first semiconductor switch 4A is turned on and the second semiconductor switch 4B is turned off. Power is supplied via the input circuit breaker 3A, the first semiconductor switch 4A, the common connection point P, and the output circuit breaker 5. In this state, in order to switch the operating system from the A system to the B system, the first semiconductor switch 4A that has been on until that time is turned off at time t1. Therefore, at this time, the supply of AC power from the first AC power supply 2A to the load 6 is interrupted for a moment, but the second semiconductor switch 4B is turned on at time t2, so that the load 6 has the second semiconductor switch 4B. The AC power from the AC power supply 2B is supplied via the input circuit breaker 3B, the second semiconductor switch 4B, the common connection point P, and the output circuit breaker 5.
[0044]
FIG. 4B shows a change in the on / off state of each switch when the operating system is switched from the A system to the B system in the hybrid system. That is, when the operating system is selected as the A system, the semiconductor switches 4A and 4B are off, the changeover switch 21 is on the PA2 side, and the changeover switch 22 is on the PA1 side. Power is supplied to the load 6 via the input circuit breaker 3A, the point PA1, the second changeover switch 22, the common connection point P, and the output circuit breaker 5.
[0045]
Then, in this state, the second semiconductor switch 4B is turned on at time t1 to switch the operating system from the A system to the B system, and then the first switch 21 is switched from the PA2 side to the PB1 side at time t2. At the same time as the operation is started, the switching operation of the second changeover switch 22 from the PA1 side to the PB2 side is started. The switching operation of these changeover switches 21 and 22 is completed at time t3, and thereafter, at time t4, second semiconductor switch 4B is turned off. Therefore, as in the case of FIG. 10, the switching operation from the A-system to the B-system can be performed without an instantaneous interruption, and it is possible to prevent the load 6 from being adversely affected by the switching operation.
[0046]
In the second embodiment of FIG. 3, the double-throw changeover switches 21 and 22 are used as the mechanical switches, so that the number of mechanical switches is reduced as compared with the first embodiment of FIG. The result is. Accordingly, the on / off control of the switch is simplified, and the cost is reduced by reducing the number of switches.
[0047]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of the third embodiment of the present invention and showing the configuration of a power supply system to which this embodiment is applied. The system switching device according to this embodiment has a function of permitting or prohibiting system switching by a hybrid system, and the AC power system includes an uninterruptible power supply.
[0048]
In FIG. 5, the system switching device 23 has substantially the same configuration as the system switching device 11 of FIG. 1, but differs in that it has a first hybrid switching permission circuit 24 and a second hybrid switching permission circuit 25. . To this system switching device 23, AC power from the first uninterruptible power supply 26A is supplied as an A-system input, and AC power from the second uninterruptible power supply 26B is supplied as a B-system input. It has become. These

uninterruptible power supplies

26A and 26B also output AC power to loads 6A and 6B, respectively.
[0049]
That is, in the power supply system of FIG. 5, during normal operation, the three devices of the system switching device 23 and the uninterruptible

power supply devices

26A and 26B constantly output, and the most important load 6 such as a computer device is connected to the system. The normal load 6A, 6B receives the supply of AC power from the uninterruptible

power supply devices

26A, 26B upon receiving the supply of AC power from the switching device 23. Therefore, since the system switching device 23 can switch either the A system or the B system as the operating system, even if an abnormality occurs in either the A system or the B system, the load 6, 6A, 6B The AC power is continuously supplied to at least only the most important load 6 by the switching operation of the system switching device 23.
[0050]
The first uninterruptible power supply device 26A receives an AC power from the first AC power supply 2A via an input circuit breaker 27A and converts the AC power into DC power, and converts the DC power from the converter 28A into AC power. An inverter 29A that converts the electric power into electric power and outputs the electric power to the load 6A via the changeover switch 30A, a battery 31A that supplies DC power to the inverter 29A in place of the converter 28A at the time of a power failure, and a bypass breaker 33A are provided. A bypass path 32A, a current detector 34A that detects a load current output to the load 6A, and a determination based on a detection signal from the current detector 34A whether the system switching from the A system to the B system by the hybrid method is performed. Circuit 35A. The second uninterruptible power supply 26B has the same configuration as the first uninterruptible power supply 26A.
[0051]
FIG. 6 is a logical configuration diagram of the determination circuit 35A of FIG. As shown in this figure, the determination circuit 35A has an AND circuit 36A, and has two conditions: a condition that the load current is smaller than a set value and a condition that the UPS (uninterruptible power supply) is in a normal operation state. When both conditions are satisfied, a determination signal indicating that system switching from system A to system B by the hybrid system is possible is output to the first hybrid switching permission circuit 24.
[0052]
Next, the operation of FIG. 5 will be described. Now, each of the first uninterruptible power supply 26A, the system switching device 23, and the second uninterruptible power supply 26B supplies AC power to the loads 6A, 6, 6B in a normal operation state. The switching device 23 supplies AC power to the load 6 based on the A-system input, that is, the input from the first uninterruptible power supply 26A. In this state, if an abnormality occurs in any part of the system A, the control circuit (not shown) changes the operating system in the system switching device 23 by on / off control of the

switches

4A and 4B and the switches 12 to 15. An attempt is made to switch from system A to system B.
[0053]
At this time, the determination circuit 35A makes a determination based on whether the two conditions described with reference to FIG. 6 are satisfied, and outputs the determination result to the first hybrid switching permission circuit 24. The first hybrid switching permission circuit 24 receives this determination result and outputs a signal for permitting or prohibiting system switching by the hybrid method to the control circuit.
[0054]
Here, the case where the system switching by the hybrid system is prohibited is, for example, when the load current to the load 6A is larger than a set value, or when the changeover switch 30A is switched to the bypass path 32A side and the first AC power This is the case where direct feed power is supplied from 2A. Therefore, in this case, the system switching device 23 performs the system switching operation not by the hybrid system but by the semiconductor switch system. Since the contents of the switching operation in this case have already been described in the first embodiment, a duplicate description will be omitted.
[0055]
When the system switching by the hybrid system is permitted, the system switching device 23 executes the system switching by the hybrid system as it is, but the details of the switching operation in this case are omitted since they are already described in the first embodiment. I do. Although the configuration of FIG. 5 shows a case where the determination circuits 35A and 35B are provided in the uninterruptible

power supply devices

26A and 26B, respectively, these determination circuits 35A and 35B can be provided in the system switching device 23. is there.
[0056]
As described above, in the third embodiment, the system switching device 23 has a function of checking whether or not the system switching by the hybrid system is possible. Can be prevented from occurring.
[0057]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the configuration of the fourth embodiment of the present invention and showing the configuration of a power supply system to which this embodiment is applied. In this embodiment, when an operator attempts to perform system switching by the hybrid system by manual operation of the control panel, the magnitude of the cross flow generated due to the system switching is predicted, and based on the prediction result, the system using the hybrid system is predicted. It has a function of checking whether or not switching is possible.
[0058]
The configuration in FIG. 7 is different from the configuration in FIG. 5 in that the first uninterruptible power supply 26A, the system switching device 23, and the second uninterruptible power supply 26B are respectively connected to the first uninterruptible power supply 40A, the system switching device 37, and the 2 is replaced with an uninterruptible power supply 40B. The main difference between the system switching device 37 and the system switching device 23 is that the system switching device 37 includes a cross current prediction unit 38 and a manual hybrid switching permission circuit 39, and the uninterruptible

power supply devices

40A and 40B include the uninterruptible

power supply devices

26A and 26A. The main point different from 26B is that crossflow allowable

amount calculation circuits

41A and 41B are provided.
[0059]
The cross current prediction means 38 receives the voltage detection signals of the A system and the B system, and generates a cross current generated when the system is switched by the hybrid system based on the voltage difference and the phase difference between the A system and the B system. The prediction calculation of I is performed. This prediction calculation is performed as follows. That is, assuming that the A-system input voltage is VA, the B-system input voltage is VB, the phase difference is θ, the frequency is f, and the inductance is L, the difference voltage ΔV between the systems is obtained by Expression (1). The cross flow I can be obtained by the equation (2) using the result of the equation (2). Here, when the input voltage is from the uninterruptible power supply, θ ≒ 0 generally holds, so that sin θ ≒ θ and cos θ ≒ 1 can be obtained. The cross flow I can be obtained by using the expression 3).
[0060]
(Equation 1)

The allowable cross

current calculation circuits

41A and 41B calculate the allowable cross current based on the detection values of the

current detectors

34A and 34B. This calculation is a simple one in which the detected current amount is subtracted from a preset maximum allowable cross current. The system switching device 37 is provided with

subtracters

42A and 42B, which are used to deviate the cross flow allowable amount from the cross current allowable amount calculating circuit 41A from the predicted amount from the cross current predicting means 38, and to calculate the deviation from the cross current allowable amount calculating circuit 41B. The deviation between the crossflow allowable amount and the predicted amount from the crossflow prediction means 38 is input to the manual-time hybrid switching permission circuit 39. The manual-time hybrid switching permission circuit 39 determines whether or not to adopt the hybrid system when the operator manually switches the operating system from the A system to the B system based on these inputs, or when switching from the B system to the A system. Is output to the control circuit.
[0061]
According to the above-described fourth embodiment, when the operator attempts to manually switch the system by the hybrid system, based on a comparison between the cross flow allowable amount determined by the load state and the predicted calculated cross flow, the system is switched. Since it is determined whether or not the switching can be performed, occurrence of an abnormal accident caused by excessive cross current can be prevented beforehand, and more secure system switching can be performed.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a system switching device capable of quickly and easily coping with a change in operating conditions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are time charts for explaining the operation of FIG. 1, wherein FIG. 2A shows a case of a switching operation by a semiconductor switch system, and FIG. 2B shows a case of a switching operation by a hybrid system.
FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.
4A and 4B are time charts for explaining the operation of FIG. 3, wherein FIG. 4A shows a case of a switching operation by a semiconductor switch system, and FIG. 4B shows a case of a switching operation by a hybrid system.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a third embodiment of the present invention and a configuration of a power supply system to which the third embodiment is applied.
FIG. 6 is a logical configuration diagram of a determination circuit 35A of FIG. 5;
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention and showing a configuration of a power supply system to which this embodiment is applied.
FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional device that performs a system switching operation by a semiconductor switch method.
FIG. 9 is a time chart for explaining the operation of FIG. 8;
FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional device that performs a system switching operation by a hybrid system.
FIG. 11 is a time chart for explaining the operation of FIG. 10;
[Explanation of symbols]
1 System switching device
2A First AC power supply
2B Second AC power supply
3A, 3B input circuit breaker
4A First semiconductor switch
4B Second semiconductor switch
5 Output circuit breaker
6,6A, 6B load
7 System switching device
8A First semiconductor switch
8B Second semiconductor switch
9A First current limiting reactor
9B Second current limiting reactor
10. Changeover switch
11 System switching device
12 First mechanical switch
13 Second mechanical switch
14 Third mechanical switch
15 Fourth mechanical switch
16 Maintenance bypass
17 Maintenance bypass
18, 19 Bypass circuit breaker
20 System switching device
21 1st changeover switch
22 Second changeover switch
23 System switching device
24 First Hybrid Switching Permit Circuit
25 Second hybrid switching permission circuit
26A first uninterruptible power supply
26B Second uninterruptible power supply
27A, 27B input circuit breaker
28A, 28B converter
29A, 29B Inverter
30A, 30B switch
31A, 31B battery
32A, 32B Bypass road
33A, 33B bypass circuit breaker
34A, 34B Current detector
35A, 35B judgment circuit
36A AND circuit
37 system switching device
38 Cross-current prediction means
39 Manual hybrid switching permission circuit
40A first uninterruptible power supply
40B Second uninterruptible power supply
41A, 41B Crossflow Allowance Calculation Circuit
42A, 42B Subtractor

Claims

AC power from one of the first AC power supply system and the second AC power supply system selected as the operation system is supplied to the load, and the operation system is connected to the other system during the operation of the load. In a system switching device that can be switched to
A first semiconductor switch having an input side connected to the first AC power supply system;
A first current limiting reactor having one end connected to the output side of the first semiconductor switch and the other end connected to the load;
A second semiconductor switch having an input side connected to the second AC power supply system;
A second current limiting reactor having one end connected to the output side of the second semiconductor switch and the other end commonly connected to the load together with the other end of the first current limiting reactor;
A power supply path bypassing or bypassing each of the first and second semiconductor switches and the first and second current limiting reactors is formed, and an operating system is switched during operation of the load. A plurality of mechanical switches that can be performed in either a semiconductor switch system or a hybrid system,
A system switching device comprising:

The plurality of mechanical switches,
A first mechanical switch connected in parallel to the first semiconductor switch, a second mechanical switch connected in parallel to the first current limiting reactor, and a second mechanical switch connected in parallel to the second semiconductor switch. A third mechanical switch, and a fourth mechanical switch connected in parallel to the second current limiting reactor.
The system switching device according to claim 1, wherein:

The plurality of mechanical switches,
A power supply path for supplying AC power from the first AC power supply system to the load via the first semiconductor switch, or power for directly supplying AC power from the second AC power supply system to the load A first changeover switch forming a supply path,
And a power supply path for supplying AC power from the second AC power supply system to the load via the second semiconductor switch, or directly supplying AC power from the first AC power supply system to the load. A second switch forming a power supply path,
The system switching device according to claim 1, wherein:

A first hybrid switching permission circuit for permitting switching of an operating system from the first AC power supply system side to the second AC power supply system based on the detection of the load current on the first AC power supply system side; ,
A second hybrid switching permitting circuit for permitting switching of the operating system by the hybrid system from the second AC power supply system to the first AC power supply system based on detection of the load current on the second AC power supply system; ,
The system switching device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:

A cross current predicting means for predicting a cross current generated when an operating system is switched between the first AC power system and the second AC power system;
From the prediction result by the cross current prediction unit and the cross flow allowable amount obtained based on the detection of the load supply current on the first AC power supply system side or the second AC power supply system side, an operation system for the hybrid system is determined. A manual hybrid switching permission circuit that permits switching to be performed manually,
The system switching device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:

The cross flow prediction means,
Calculating the cross current based on a voltage difference and a phase difference between the first AC power supply system and the second AC power supply system,
The system switching device according to claim 5, wherein:

The first AC power supply system and the second AC power supply system include:
Each has a first uninterruptible power supply and a second uninterruptible power supply. The first uninterruptible power supply and the second uninterruptible power supply are used for detecting a load supply current on each system side. A hybrid switching permission / prohibition determining circuit for determining whether or not the switching of the operating system by the hybrid method between the respective systems is possible, and outputting the determination result to the first hybrid switching permission circuit or the second hybrid switching permission circuit. Is a thing,
The system switching device according to claim 4, wherein:

The first AC power supply system and the second AC power supply system include:
Each has a first uninterruptible power supply and a second uninterruptible power supply, and the first uninterruptible power supply and the second uninterruptible power supply are based on the detection of the load current on each system side. Calculating the cross flow allowance,
The system switching device according to claim 5 or 6, wherein: