JP2005333769A - 無停電電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数台のＵＰＳに対する共通蓄電池を多群分割し、各ＵＰＳに対する共通の直流電源線に対し任意に接離可能としたことにより、共通バッテリ方式の利点である容量の低減化を維持しつつ、商用電源停電時における信頼性を改善した無停電電源システムを提供すること。
【解決手段】 複数台のＵＰＳ１３に対する共通蓄電池１６として、多群分割した複数の蓄電池１６ａ，１６ｂを用い、これら複数の蓄電池１６ａ，１６ｂを、それぞれ開閉器１７ａ，１７ｂを介して共通の直流電源線１８に接続し、これら開閉器１７ａ，１７ｂにより各蓄電池１６ａ，１６ｂを共通の直流電源線１８に対し任意に接離可能としたので、共通バッテリ方式の利点である容量の低減化を維持しつつ、商用電源停電時における信頼性を改善することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数台のＵＰＳ（無停電電源装置）で並列冗長システムを構成し、負荷に電力供給する無停電電源システムに関する。

従来、各種産業分野において、コンピュータなどの重要負荷に対する電源設備として、複数台のＵＰＳにより並列冗長システムを構成した無停電電源システムが用いられている。

ＵＰＳは、周知のように、商用電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータにより変換された直流電力または蓄電池から供給される直流電力を所定周波数の交流電力に逆変換するインバータとを有している。そして、商用電源が停電しても、蓄電池からの直流電力に基づき、負荷に対して所定周波数の交流を継続して供給可能であり、良質な交流電力の安定供給を可能とするものである。

また、並列冗長システムは、上述のＵＰＳを複数台並列接続し、これら並列接続された複数台のＵＰＳから負荷に電力供給するものであり、一部のＵＰＳに故障が生じても、他の健全なＵＰＳからの電力供給を維持し、安定した電力供給を可能としている。

このような並列冗長システムは、上述のように複数台のＵＰＳを用いており、各ＵＰＳに直流電力を供給する蓄電池もＵＰＳ毎に同数設けられ、個別に接続されていた。すなわち、ＵＰＳ毎に蓄電池を抱える個別バッテリ方式であった。このため、ＵＰＳの台数が増す毎に高価な電池の台数も増え、設備コストが上昇していた。

この設備コストの上昇を抑えるものとして、Ｎ台のＵＰＳに対してＮ−１台分の蓄電池を用意し、蓄電池を抱えているＵＰＳが故障した場合、この故障したＵＰＳに接続されている蓄電池を、蓄電池を持たないＵＰＳに切換えて、ＵＰＳの運転を継続するようにした発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この発明によれば、蓄電池台数を低減することができるが、ＵＰＳの故障有無を監視し、故障発生時は蓄電池を他の蓄電池を持たないＵＰＳに自動的に切換え接続しなければならず、複雑な切換え制御が必要となる。

このような切換え制御を不要とするものとして、複数のＵＰＳに対して、共通の蓄電池を設け、この蓄電池を複数のＵＰＳの直流電路にそれぞれ接続する共通バッテリ方式がある。この場合、共通の蓄電池の容量は、並列冗長システムの責務を満足するように設定することで、低減化することができる。

例えば、互いに等しい容量の３台のＵＰＳにより、これら３台のＵＰＳの総容量の２／３の容量の負荷に電力を供給する並列冗長システムでは、この並列冗長システムにおける責務を１台のＵＰＳが故障しても残りの２台のＵＰＳにより負荷に電力可能と定義する。この場合、共通バッテリ方式における共通蓄電池の容量は、２台のＵＰＳへの電源供給を保障できる容量であればよい。したがって、３台のＵＰＳがそれぞれに蓄電池を抱えた前記個別バッテリ方式に比べ、共通蓄電池の容量を２／３にすることができる。

このように、並列冗長方式で負荷にＵＰＳから電力を供給する場合、共通バッテリ方式では、個別バッテリ方式に比べ共通蓄電池の容量を小さくできるという利点がある。しかし、共通バッテリ方式では、そのバッテリの点検や故障を想定した場合、バッテリからの電力供給ができなくなるため、商用電源停電時における信頼性の観点で、個別バッテリ方式より劣っていた。
特開平５−２７６６７１号公報

このように、共通バッテリ方式は、個別バッテリ方式に比べ、共通蓄電池の容量を少なくできるものの、商用電源停電時における信頼性の観点で改善すべき問題があった。

本発明の目的は、複数台のＵＰＳに対する共通蓄電池を多群分割し、各ＵＰＳに対する共通の直流電源線に対し任意に接離可能としたことにより、共通バッテリ方式の利点である容量の低減化を維持しつつ、商用電源停電時における信頼性を改善した無停電電源システムを提供することにある。

本発明による無停電電源システムは、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータにより変換された直流電力または蓄電池から供給される直流電力を所定周波数の交流電力に逆変換するインバータとを有するＵＰＳを複数台、並列接続して並列冗長システムを構成し、負荷に電力供給する無停電電源システムであって、前記蓄電池として、複数の蓄電池を用い、これら複数の蓄電池はそれぞれ開閉器を介して共通の電源線に接続し、この共通の電源線は前記複数のＵＰＳの各直流電路にそれぞれ接続されていることを特徴とする。

この場合、複数台の蓄電池の総電源容量は、並列冗長システムを構成する全ＵＰＳに対する最大供給電力より少なく、並列冗長システムの責務を満足する台数のＵＰＳに対する最大供給電力に対応する値とすることができる。

本発明によれば、複数台のＵＰＳに対する共通蓄電池として、多群分割した複数の蓄電池を用い、これら複数の蓄電池を、それぞれ開閉器を介して共通の電源線に接続し、これら開閉器により各蓄電池を共通の直流電源線に対し任意に接離可能としたので、共通バッテリ方式の利点である容量の低減化を維持しつつ、商用電源停電時における信頼性を改善することができる。

以下、本発明による無停電電源システムの一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、この実施の形態における無停電電源システム１１と負荷１２との関係を示すブロック図である。図１において、１３はＵＰＳで、交流電力を直流電力に返還するコンバータ１３Ｃと、このコンバータ１３Ｃにより返還された直流電力または後述する蓄電池から直流電路１３Ｄを介して供給される直流電力を、所定周波数の交流電力に逆変換するインバータ１３Ｉとを有する。これらＵＰＳ１３は複数台（図の例では３台）用意され、この３台のＵＰＳ１３を並列接続して並列冗長システムを構成する。

１４は商用バイパス電路で、図示しない商用電源から交流電力の供給を受ける。１５は切換器で、３台のＵＰＳ１３からの共通電路と商用バイパス電路１４とを、負荷１２に対して択一的に選択切換えする。この切換器１５は、通常時、３台のＵＰＳ１３からの共通電路を負荷１２に接続し、ＵＰＳ１３からの交流電力を負荷１２に供給する。また、ＵＰＳ１３の点検時や故障時など、ＵＰＳ１３を使用できない場合、商用電源からの交流電力を負荷１２に供給する。

前記ＵＰＳ１３に対し直流電力を供給する前記蓄電池１６として、多群分割（図の例では２分割）した複数の蓄電池１６ａ，１６ｂを用いる。これら複数の蓄電池１６ａ，１６ｂはそれぞれ分割用の開閉器１７ａ，１７ｂを介して共通の電源線１８に接続し、これら開閉器１７ａ，１７ｂにより各蓄電池１６ａ，１６ｂを共通の直流電源線１８に対し任意に接離可能とした。この共通の電源線１８は、複数のＵＰＳ１３の各直流電路１３Ｄにそれぞれ接続されている。このため、蓄電池１６ａ，１６ｂは、各コンバータ１３Ｃからの直流電力により充電されると共に、商用電源停電時には、インバータ１３Ｉに直流電力を供給する。

なお、蓄電池１６に対しては、図２で示すように充電専用のコンバータ１９を設けてもよい。このコンバータ１９は、商用電源からの交流電力を直流電力に変換して蓄電池１６を充電するものである。

ここで、複数台の蓄電池１６ａ，１６ｂの総電源容量は、並列冗長システムを構成する全台数（３台）のＵＰＳ１３に対する最大供給電力より少なくでき、並列冗長システムの責務を満足する台数のＵＰＳ１３に対する最大供給電力に対応する値とすることができる。すなわち、並列冗長システムの責務を、３台のＵＰＳ１３のうち１台が故障しても、残りの２台により負荷１２への電源供給を可能と定義した場合、蓄電池１６ａ，１６ｂの総電源容量は、３台のＵＰＳ１３が必要とする電源容量に対し、前記責務を満足する２台のＵＰＳに対する最大供給電力に対応する値（３台のＵＰＳへの最大供給電力の２／３）とすることができる。

上記構成において、常時は分割用の開閉器１７ａ，１７ｂを閉じ、２台の蓄電池１６ａ，１６ｂを、３台のＵＰＳ１３に対する共通蓄電池１６として用いる。すなわち、共通バッテリ方式を採用することとなり、通常時は、３台のＵＰＳ１３が、共通蓄電池１６を充電しつつ、負荷１２に対して必要とする電力を均等に分担して供給している。そして、商用電源が停電した場合は、負荷１２が必要とする電力を、バックアップ電源である共通蓄電池１６からの直流電力を逆変換して供給する。また、３台のＵＰＳ１３のうち、いずれか１台が点検や故障のため停止した場合は、残りの２台のＵＰＳ１３により必要とする電力を負荷１２に供給する。

ここで、共通バッテリ方式では、商用電源の停電などで入力電源から供給が受けられない場合、前述のように蓄電池１６が故障や点検時には、バックアップ電源である蓄電池１６からの給電が不可能であり、商用電源停電時の信頼性に問題があった。

そこで、このような蓄電池１６の点検や故障の際でも電源供給が可能なように、蓄電池１６を分割用開閉器１７ａ，１７ｂにより分割して運用する。

すなわち、蓄電池１６を点検する場合は、分割された蓄電池１６ａ，１６ｂを交互に点検することとし、いずれか一方の開閉器、例えば１７ａを開操作し、一方の蓄電池１６ａを点検する。このとき、万一、商用電源の停電が発生しても、点検対象外側の蓄電池１６ｂから電源供給可能である。すなわち、一方の蓄電池１６ａが点検により使用できないときに、万一、商用電源の停電が発生しても、他方の蓄電池１６ｂを用いて、必要最小限（通常の１／２）の電力を負荷に供給可能であり、従来の共通バッテリ方式に比べ、商用電源停電時の信頼性が向上する。また、いずれかの蓄電池が故障したときも、故障側の蓄電池を開閉器１７ａ，１７ｂのいずれかを開操作して切り離すことで健全側の蓄電池から電源供給が可能となる。

なお、分割用開閉器１７ａ，１７ｂは、前述のように、常時はクローズ状態であり、点検や故障時には、手動または自動で開放すればよい。したがって、複雑な制御を必要としない。

この実施の形態では、蓄電池１６を開閉器１７ａ，１７ｂにより２つの蓄電池１６ａ，１６ｂに２分割したが、分割数を多くすれば、点検時や故障時に切り離される蓄電池の容量が少なくなる。言い換えれば、商用電源停電時に蓄電池１６から供給可能な直流電力はその分多くなり、信頼性はより向上する。

このように、共通蓄電池内を多群分割し、点検や故障時のリスク分散を図ったので、共通バッテリ方式の利点を維持しつつ、その問題点を解決することができる。

本発明による無停電電源システムの一実施の形態を示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態を示すブロック図である。

符号の説明

１１ 無停電電源システム
１２ 負荷
１３ ＵＰＳ
１３Ｃ コンバータ
１３Ｉ インバータ
１３Ｄ 直流電路
１６ａ，１６ｂ 蓄電池
１７ａ，１７ｂ 分割用の開閉器
１８ 共通の直流電源線

Claims (2)

1. 交流電力を直流電力に変換するコンバータと、このコンバータにより変換された直流電力または蓄電池から供給される直流電力を所定周波数の交流電力に逆変換するインバータとを有するＵＰＳを複数台、並列接続して並列冗長システムを構成し、負荷に電力供給する無停電電源システムであって、
   前記蓄電池として、複数の蓄電池を用い、これら複数の蓄電池はそれぞれ開閉器を介して共通の電源線に接続し、この共通の電源線は前記複数のＵＰＳの各直流電路にそれぞれ接続されていることを特徴とする無停電電源システム。
2. 複数台の蓄電池の総電源容量は、並列冗長システムを構成する全ＵＰＳに対する最大供給電力より少なく、並列冗長システムの責務を満足する台数のＵＰＳに対する最大供給電力に対応する値と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。

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