JP2005086969A - 無停電電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数設けられる無停電電源装置の共通バッテリ方式の電源バッテリ回路は、通常運転時には個々の無停電電源装置毎にバッテリ給電を可能とする個別バッテリ方式とし、停電時や特定の無停電電源装置の故障時には共通バッテリ方式に切換えることができるようにして、ダイオードを不要とした低コストの無停電電源システムを提供すること。
【解決手段】交流電源２１側に接続され、並設された複数の無停電電源装置３０のコンバータ３５とインバータ３６の中間に接続されるバッテリ３８を備えた電源バッテリ回路３９のバッテリ電源出力側が接続スイッチ４２を介して共通バッテリ回路３１に接続され、無停電電源装置が何れかが故障した際、この故障した側のバッテリ電源を負荷側に接続し得るようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電源システムにそれぞれバッテリを備えた電源システムに係り、特に停電時にそれぞれのバッテリが負荷側へ給電可能な無停電電源システムに関する。

従来、無停電電源システムとして、例えば情報システムの重要性の高まりにより、無停電電源システムに対する信頼性の要求が一層きびしくなり、それに対応する一つの方法として冗長無停電電源システムが採用されている。

このシステムは給電すべき負荷の最大容量をほぼ均等に負担するのに必要な複数の無停電電源装置を並列接続して負荷回線側に給電するものである。

この種の無停電電源装置によれば、交流電源側の停電時等における給電の信頼性を維持させるようにしている。

このような無停電電源装置を備えた無停電電源システムとして、特開平８−２２３８２０号公報（特許文献１参照）に示されるようなものがある。

この特許文献１によれば、添付図面の図２に示すように、無停電電源システム１として、複数の同一機能を有する無停電電源装置２ａ〜２ｎを備えている。

この無停電電源装置２ａ〜２ｎには、それぞれ交流電源３側に接続されるコンバータ（交流−直流変換手段）４ａ〜４ｎ、負荷５側に接続されるインバータ（直流−交流変換手段）６ａ〜６ｎおよび電源バッテリ回路７ａ〜７ｎを備えている。

電源バッテリ回路７ａには、切換スイッチ９ａ，ダイオード１０ａおよびバッテリ１１ａがそれぞれ備えられる。

切換スイッチ９ａは、切換接点側であるａ接点およびｂ接点と、固定接点であるｃ接点とを有し、通常時はｃ接点とｂ接点とが接続状態にある。

ダイオード１０ａは、切換スイッチ９ａのａ接点およびｂ接点を短絡させるように接続されている。

なお、無停電電源装置２ｂ〜２ｎは、無停電電源装置２ａと同様構成であるので同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

符号１２は、無停電電源装置２ａ〜２ｎのそれぞれの切換スイッチ９ａ〜９ｎのａ接点側を接続した共通バッテリ回路である。

電源バッテリ回路７ａ〜７ｎの各バッテリ１１ａ〜１１ｎは、各無停電電源装置２ａ〜２ｎを共通の電源バッテリとして用いられる。

ここで、例えば交流電源３側が停電になり、無停電電源装置２ａ〜２ｎ側へ電流が流れなくなった場合、二次電池としてのバッテリ１１ａ〜１１ｎが作動し、バッテリ１１ａ〜１１ｎから切換スイッチ９ａ〜９ｎおよびインバータ６ａ〜６ｎを経由して負荷５側へ電流電力の給電がなされるようになっている。

この二次電池としてのバッテリ１１ａ〜１１ｎは、交流電源３側からの給電により浮動充電された状態になっており、この給電が停止されると共通バッテリ回路１２を通して自動的に負荷５側に放電（給電）されるようになっている。

従って、バッテリ１１ａ〜１１ｎは、交流電源３側が停電になった場合にでも、その全てのバッテリ１１ａ〜１１ｎの電流電力が負荷５側へ給電されるので、負荷５側には支障なく給電が受けられるようになっている。

一方、例えば無停電電源装置２ａが故障した場合、その故障した無停電電源装置２ａ側のバッテリ１１ａがダイオード１０ａを通して共通バッテリ回路１２側へ接続されるようになっている。

また、無停電電源装置２ａの故障により、この無停電電源装置２ａは使用不可となり、電源バッテリ回路７ａと負荷５側との接続が遮断される。

ここで、故障していない他の無停電電源装置２ｂ〜２ｎの何れかの切換スイッチ、例えば無停電電源装置２ｂの切換スイッチ９ｂをｂ接点側からａ接点側へ切換えることにより、共通バッテリ回路１２が正常な無停電電源装置２ｂのインバータ６ｂを通して負荷５側へ接続されるようになっている。

従って、故障側無停電電源装置２ａのバッテリ１１ａは、共通バッテリ回路１２を経て通常使用時と同様に他のバッテリ１１ｂ〜１１ｎと共に接続状態にすることができるようになっている。
特開平８−２２３８２０号公報（第３頁左欄第４６〜同頁右欄１３行並びに図１）

特許文献１によれば、無停電電源装置２ａ〜２ｎの何れかが故障した場合に、この故障した無停電電源装置側のバッテリ電源を故障していない無停電電源装置側を通して負荷５側へ給電するようにしているものであるが、それぞれの無停電電源装置２ａ〜２ｎには、ダイオード１０ａが必要でありコスト高となること。

また、故障している無停電電源装置、例えば無停電電源装置２ａ側では、常にインバータ６ａ側へバッテリ電流が流れ続けて、このインバータ６ａ自体の安定動作、保全上の問題が生じる虞があった。

更には、無停電電源装置２ａが故障した場合には、故障していない無停電電源装置２ｂ〜２ｎ側の切換スイッチ９ｂ〜９ｎの何れかを忘れずに切換操作しなければならず不便であった。

また、無停電電源装置２ａ〜２ｎ相互間を結ぶ共通バッテリ回路１２には、無停電電源装置２ａ〜２ｎのそれぞれのコンバータ４ａ〜４ｎの定格容量が異なる場合には、出力電力に微妙な差が生じ、これが無停電電源装置２ａ〜２ｎの内、例えば無停電電源装置２ａの切換スイッチ９ａがスイッチ切換えを行なっていた場合には、定格容量の差に起因して、この無停電電源装置２ａに定格以上の電流が流れて破壊し、機能不全に陥る可能性があつた。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、複数設けられる無停電電源装置の共通バッテリ方式の電源バッテリ回路は、通常運転時には個々の無停電電源装置毎にバッテリ給電を可能とする個別バッテリ方式とし、特に停電時や特定の無停電電源装置の故障時には共通バッテリ方式に切換えることができるようにして、ダイオードを不要とし、低コストの無停電電源システムを提供することを主な目的とする。

また、本発明の他の目的は、特定の無停電電源装置が故障している場合に、交流電源側からこの故障した無停電電源装置側に不必要に給電されることにより、この故障中の無停電電源装置自体が破壊されることのないようにした無停電電源システムを提供することにある。

前記目的を達成するために、発明によれば、交流電源側に接続され、並設された複数の無停電電源装置と、
この複数の無停電電源装置のそれぞれに接続される負荷回線と、無停電電源装置のそれぞれに設けられ、上記交流電源側に接続されるコンバータと、このコンバータの後段へ接続されるインバータと、このインバータ側の前段に接続されるバッテリを備えた電源バッテリ回路と、無停電電源装置の電源バッテリ回路のバッテリ電源出力側に共通バッテリ回路接続スイッチを介して接続される共通バッテリ回路とを具備し、無停電電源装置が何れかが故障した際、この故障した側のバッテリ電源を負荷側に接続し得るように共通バッテリ回路が形成されるようにしたことを特徴とする無停電電源システムを提供する。

本発明によれば、停電時や特定の無停電電源装置の故障時には、個別バッテリ方式から共通バッテリ方式に切換えられることによりダイオードを不要としたから、低コストで信頼性の高い無停電電源システムを提供することができる。

本発明に係る無停電電源システムの実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の無停電電源システム２０の実施形態を示す概要図である。

この無停電電源システム２０は、交流電源２１の交流電源配線２２に接続される複数の同一機能を有する無停電電源装置３０（３０ａ〜３０ｎ）と、相互に並列接続された複数の無停電電源装置３０のそれぞれに共通に接続される共通バッテリ回路３１と、無停電電源装置３０から負荷３２側へ負荷回線３３を介して一括して給電する並列盤３４とより構成される。

無停電電源装置３０には、交流電源２１側からの交流電流を直流電流に変換するコンバータ（交流−直流変換手段）３５（３５ａ〜３５ｎ）と、この変換された直流電流を交流電流に変換するインバータ（直流−交流変換手段）３６（３６ａ〜３６ｎ）と、これらのコンバータ３５およびインバータ３６等の装置部品が故障等により電流が流れなくなった場合に異常と判断して、無停電電源装置３０自体へ流れる電流を遮断する非常電源遮断手段３７（３７ａ〜３７ｎ）と、負荷３２側へ直流電力を給電可能なバッテリ３８（３８ａ〜３８ｎ）を有する電源バッテリ回路３９（３９ａ〜３９ｎ）とを備えている。

無停電電源装置、例えば無停電電源装置３０ａの非常電源遮断手段３７には、コンバータ３５ａの前段に常閉の交流電源側保護スイッチ４１ａを備え、この交流電源側保護スイッチ４１ａは、停電等の異常時に接点を開放するようになっている。

非常電源遮断手段３７ａは、例えば無停電電源装置３０ａが運転中に停電したり、または無停電電源装置３０ａが故障した時に、この変化を捉えて接点開放信号ｘを生成して、この接点開放信号ｘを交流電源側保護スイッチ４１ａ側に備えられる接点開放信号受信手段（図示せず）により交流電源側保護スイッチ４１ａの接点が開放されるようになっている。

電源バッテリ回路３９のバッテリ３８は、二次電池として交流電源２１側からの直流電力の給電により浮動充電されるようになっており、交流電源２１側からコンバータ３５を通して給電が停止されると自動的にインバータ３６を介して負荷５側に放電（給電）されるようになっている。

従って、バッテリ３８（３８ａ〜３８ｎ）は、交流電源２１側が停電になった場合にでも、その全てのバッテリ３８により負荷５側へ直流電力が給電されるようになっている。

また、この共通バッテリ回路３１は、一方のバッテリ３８からそれぞれのバッテリ側へ電流を流すことができるように、常開の共通バッテリ回路接続スイッチ４２（４２ａ〜４２ｎ）が設けられる。

コンバータ３５ａは、無停電電源システム２０が作動中に停電したり、または特定の無停電電源装置３０ａが故障した時、接点閉成信号ｙを生成する電流検知センサ（図示せず）を備えている。

この電流検知センサは、交流電源２１側からコンバータ３５ａへの電流が停止した時に、電流検知によりこの変化を捉えて接点閉成信号ｙを生成して共通バッテリ回路３１の接続スイッチ４２ａ側へ送信するようになっている。

共通バッテリ回路接続スイッチ４２ａ側には、接点閉成信号受信手段（図示せず）が備えられ、接点閉成信号ｙを受信することによりそのスイッチ接点を閉成するようになっている。

なお、無停電電源装置３０ｂ〜３０ｎの構成は、無停電電源装置３０ａの構成と同様であるので、その他の構成については、同一部分に同一符号を附し説明を省略する。

並列盤３４は、複数の電源スイッチ４３（４３ａ〜４３ｎ）を備え、無停電電源装置３０のインバータ３６側から負荷３２側への給電を選択できるようになっている。

すなわち、例えば負荷３２側の消費電力の大小により、あるいは消費電力量に変化のある負荷３２に応じて、負荷回線３３側へ接続したり遮断ができるようになっている。

次に、無停電電源システム２０の作用について、図１を参照して説明する。

負荷３２側の負荷の大きさ（消費電力）等、必要な消費電力に合わせて並列盤３４の電源スイッチ４３ａ〜４３ｎの中から必要な個数が選択される。

並列盤３４の電源スイッチ４３、例えば全ての電源スイッチ４３ａ〜４３ｎを閉成させると、交流電源２１側から交流電源配線２２を通して無停電電源装置３０側へ、続いてこの無停電電源装置３０を経て各電源スイッチ４３（４３ａ〜４３ｎ）を経て負荷回線３３側に流れる。

すなわち、無停電電源装置３０側へ流れた交流電流は、常閉の交流電源側保護スイッチ４１，コンバータ３５，インバータ３６，並列盤３４の電源スイッチ４３を介して負荷回線３３から負荷３２側へ流れる。

従って、負荷、例えばボイラ装置が始動するようになる。

ここで、負荷３２の運転中に交流電源２１側が停電した場合に、無停電電源装置３０（３０ａ〜３０ｎ）の作用について説明する。

交流電源２１側が停電した場合は、共通バッテリ３８（３８ａ〜３８ｎ）には、直流電流は供給されず、共通バッテリ３８ａ〜３８ｎ側からインバータ３６にバッテリ電流が放出される。

このバッテリ電流は、共通バッテリ回路３１から電源バッテリ回路３９ａ〜３９ｎを経由して無停電電源装置３０（３０ａ〜３０ｎ）の各インバータ３６（３６ａ〜３６ｎ）へ流入して、このインバータ３６で交流から直流へ変換され、並列盤３４側を通して負荷３２側へ給電される。

従って、バッテリ電源側から負荷３２側へ給電される電力は、交流電源２１側から給電される電力と同一の電力レベルであって、負荷３２側での作動に影響なく運転が継続される。

また、無停電電源装置３０ａは、コンバータ３５ａの電流検知センサが電流検知して作動し、接点閉成信号ｙを生成して共通バッテリ回路接続スイッチ４２ａ側へ送信するようになっている。

接点閉成信号ｙを受信した共通バッテリ回路接続スイッチ４２ａは、その接点を閉成する。

更に、各無停電電源装置３０ｂ〜３０ｎ側についても、無停電電源装置３０ａと同様に作用する。

共通バッテリ回路接続スイッチ４２（４２ａ〜４２ｎ）の接点が閉成することにより、バッテリ３８（３８ａ〜３８ｎ）が共通バッテリ回路３１側へ接続される。

従って、共通バッテリ回路３１による共通バッテリ化され、無停電電源装置３０ａ〜３０ｎ側のバッテリ３８ａ〜３８ｎのバッテリ電流が共通バッテリ回路３１側からインバータ３６を経て負荷３２側である、例えばボイラ装置側へ給電されるようになる。

次に、負荷３２の運転中に特定の無停電電源装置３０、例えば無停電電源装置３０ａが故障したとすると、この故障発生側の無停電電源装置３０ａのコンバータ３５ａおよびインバータ３６ａには電流が流れなくなる。

この無停電電源装置３０ａへの電流が停止すると、非常電源遮断手段３７ａが作動して、交流電源側保護スイッチ４１ａの接点を開放する。

従って、無停電電源装置３０ａへ外部から流入し得るノイズ電流に対する保護対策が自動的に取られる。

一方、故障した無停電電源装置３０ａのバッテリ３８ａは、共通バッテリ回路３１へ接続されて、他の無停電電源装置３０ｂ〜３０ｎのバッテリ３８ｂ〜３８ｎと共用され、負荷３２側への共通バッテリとして用いることが可能となる。

故障した無停電電源装置３０ａの共通バッテリ３８ａ側から放出されるバッテリ（電源）電流は、共通バッテリ回路３１を経由して、他の無停電電源装置３０ｂ〜３０ｎ側の電源バッテリ回路３９ｂ〜３９ｎ側へ接続されて、恰も電源バッテリ回路３９ａが共通バッテリ回路３１の共通回路接続スイッチ４２ｂ〜４２ｎの閉成により、他の電源バッテリ回路３９ｂ〜３９ｎと並列接続された状態となる。

従って、バッテリ電源３８側から負荷３２側へ給電される電力は、電源バッテリ回路３９ａが他の電源バッテリ回路３９ｂ〜３９ｎと並列接続された状態と同じ並列接続の状態で負荷３２側へほぼ均一の給電が行なわれる。

なお、本発明にかかる実施形態の無停電電源システム２０によれば、無停電電源装置、例えば無停電電源装置３０ａ側を例にとれば、コンバータ３５ａ側に電源バッテリ回路３９ａ側の共通回路接続スイッチ４２ａを閉成させる機能の他に交流電源側保護スイッチ４１ａをオフさせる機能を兼用させる構成とすることもできる。

この場合には、交流電源側保護スイッチ４１ａ用の非常電源遮断手段３７ａが省略できる。

また、本発明の無停電電源システム２０によれば、無停電電源装置３０ａ〜３０ｎの他に、更に無停電電源装置３０ｎ＋１の例えば１つを余分に追加して構成することができる。

この場合には、無停電電源装置３０ｎ＋１は、何れか１つの無停電電源装置３０ａ〜３０ｎ、例えば無停電電源装置３０ａが故障して、電源バッテリ回路３９ａが動作不能となったり、予想外にバッテリ３８ａの充放電が不能となった場合に、予備用として機能し、無停電電源装置３０ｎ＋１側のバッテリとして共通バッテリ化を図ることができるので、負荷３２側への充分な給電が可能となる。

従って、無停電電源装置３０ｎ＋１を予備用とすることにより、例えば何れかの無停電電源装置３０（３０ａ〜３０ｎ）が出力不能となった場合にでも、予備用無停電電源装置３０ｎ＋１を活用することにより、負荷３２側への影響が生じないようにすることができる。

本発明にかかる無停電電源システムの一実施形態を示す概要図。 従来の無停電電源システムの概要図。

符号の説明

２０ 無停電電源システム
２１ 交流電源
２２ 交流電源配線
３０（３０ａ〜３０ｎ） 無停電電源装置
３１ 共通バッテリ回路
３２ 負荷
３３ 負荷回線
３４ 並列盤
３５（３５ａ〜３５ｎ） コンバータ
３６（３６ａ〜３６ｎ） インバータ
３７（３７ａ〜３７ｎ） 非常電源遮断手段
３８（３８ａ〜３８ｎ） バッテリ
３９（３９ａ〜３９ｎ） 電源バッテリ回路
４１（４１ａ〜４１ｎ） 交流電源側保護スイッチ
４２（４２ａ〜４２ｎ） 共通バッテリ回路接続スイッチ
４３（４３ａ〜４３ｎ） 電源スイッチ
ｘ 接点開放信号
ｙ 接点閉成信号

Claims (3)

1. 交流電源側に接続され、並設された複数の無停電電源装置と、
   この複数の無停電電源装置のそれぞれに接続される負荷回線と、
   無停電電源装置のそれぞれに設けられ、上記交流電源側に接続されるコンバータと、
   このコンバータの後段へ接続されるインバータと、
   このインバータ側の前段に接続されるバッテリを備えた電源バッテリ回路と、
   無停電電源装置の電源バッテリ回路のバッテリ電源出力側に共通バッテリ回路接続スイッチを介して接続される共通バッテリ回路とを具備し、
   無停電電源装置が何れかが故障した際、この故障した側のバッテリ電源を負荷側に接続し得るように共通バッテリ回路が形成されるようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
2. 上記電源バッテリ回路に接続される共通バッテリ回路接続スイッチは、コンバータへの電流が停止した時にこのコンバータからの接点閉成信号を受信して接点を閉成する接続スイッチであることを特徴とする請求項１記載の無停電電源システム。
3. 上記無停電電源装置には、非常電源遮断手段が設けられる一方、コンバータの前段に交流電源側保護スイッチが設けられ、
   上記交流電源側が停電したり、または上記無停電電源装置が故障した時に、上記非常電源遮断手段が作動して上記交流電源側保護スイッチを遮断せしめるようにしたことを特徴とする請求項１記載の無停電電源システム。

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