JP2006067720A - 停電対策装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 負荷装置側で消費する電力をできるだけ少なくさせることにより、最低限の容量の電気エネルギーを蓄積して、所望の電力を信頼性高く供給することのできる安価な停電対策装置を提供すること。
【解決手段】 商用電源Ｐからの交流電力を負荷装置群100に供給する電源線Lpと、電源Pからの交流電力を直流電力に整流する整流器13と、整流された直流電力を蓄電する蓄電装置14と、蓄電されている直流電力を交流電力に変換するインバータ15と、変換された交流電力を負荷装置群100に供給するように電源線Lpに入力する変圧器16と、停電の発生を検知したときに蓄電装置14から負荷装置群100に電力供給する制御部17とを備える停電対策装置10であって、制御部17は、設定時間が経過しても停電から復帰しないときに、待機動作に移行させる制御信号を信号線Lsを介して負荷装置群100に送出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、停電対策装置に関し、詳しくは、大容量の電力を蓄積することなく、停電発生時に必要な最低限の電力を信頼性高く供給することができるものに関する。

各種装置は電源から電力供給を受けて所望の負荷動作を行うようになっており、その負荷装置の機能によっては電圧変動による影響が大きな装置もある。そのような負荷装置では、電源からの供給電力に瞬間的に電圧が低下（停止を含む）する瞬低が発生すると、負荷動作が中断するなどの影響が出てしまう。

このことから、そのような負荷装置には、瞬低が発生する前に電気エネルギーを蓄積しておくことにより、一定期間に消費する電力の供給を可能にする無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible Power System）を具備させることが行われている。ここで、この無停電電源装置には、負荷装置に供給する電力エネルギーとして、予め供給電源からの電力をバッテリーやコンデンサーに蓄電（蓄積）する方式（例えば、特許文献１、２参照）や、供給電源からの電力によりフライホイールを駆動させて慣性力として蓄積する方式（例えば、特許文献３参照）がある。

そして、このような無停電電源装置としては、瞬低発生時に必要な電力を信頼性高く供給することができるように、負荷装置を重要な負荷動作を行うものか、一般的な負荷動作を行うものかで区別しておき、瞬低発生時には、重要でない負荷装置による電力消費を抑えるために、一般的な負荷動作を行う負荷装置を電力供給する対象から外してしまうことを行う場合がある（例えば、特許文献１参照）。

また、無停電電源装置には、瞬低が発生したことを操作者に報知する機能を付加して、データの消失を防止するなどの適切な処理を行い得るように工夫することも提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００３−２０４６２５号公報 特開２００３−２７４５５９号公報 特開２００３−２３５１７９号公報 特開平８−９５６８号公報

しかしながら、このような従来の無停電電源装置にあっては、例えば、電源が停電してから復旧するまでの長期間にわたる電力供給を確保しようとすると、大容量の電気エネルギーを蓄積しなければならず、大型化してしまうとともに、高額な装置になってしまう、という問題があった。

この問題は、上記文献１〜４のいずれにおいても同様に問題となる。例えば、文献１にあっては、一般的な負荷動作を行う負荷装置への電力供給を停止することはできるが、重要な負荷装置への電力供給は依然として維持しており、この負荷装置の電力消費が大きければ、大容量の電気エネルギーを蓄積しなければならず、何らの問題解決にはならない。

そこで、本発明は、負荷装置側で消費する電力をできるだけ少なくさせることにより、最低限の容量の電気エネルギーを蓄積して、所望の電力を信頼性高く供給することのできる安価な停電対策装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する停電対策装置の第１の発明は、電源からの電力を負荷装置に供給する供給経路と、電源からの電力を電気エネルギーとして蓄積する蓄積手段と、を備えて、負荷装置への供給電力が停止する停電期間中に蓄積手段内の蓄積エネルギーを供給電力として該負荷装置に供給する停電対策装置であって、停電が発生した場合に、負荷装置の一部または全部の消費電力を抑えさせる停電対策制御を実行する制御手段を備えることを特徴とするものである。

この発明では、停電が発生したときに、例えば、電力供給を瞬間的に中断するなどして、負荷装置を電力消費の少ない動作に移行させることにより、その負荷装置への供給電力を抑えることができる。したがって、少ない蓄積エネルギーでも、小さな消費電力の負荷動作を停電期間中に継続することができる。

上記課題を解決する停電対策装置の第２の発明は、上記第１の発明の特定事項に加え、前記停電が発生したときからの経過時間を計時する計時手段を備え、前記制御手段は、計時手段の計時する経過時間が予め設定されている時間を経過しても停電が継続しているときに、前記停電対策制御を実行することを特徴とするものである。

この発明では、停電が瞬間的なもので、設定時間を経過したときには電源が停電から復帰して電力供給が再開されているときにまで、負荷装置の消費電力を抑えてしまうことが回避される。したがって、無用に負荷装置の定常動作を停止させてしまうことなく、その負荷動作を継続することができる。

上記課題を解決する停電対策装置の第３の発明は、上記第１または第２の発明の特定事項に加え、前記制御手段は、負荷装置に向けて消費電力を抑えさせる制御信号を出力して前記停電対策制御を実行することを特徴とするものである。

この発明では、電力供給を瞬間的に中断するなどしただけでは蓄積エネルギーによる電力供給により定常動作を再開してしまう負荷装置が接続されている場合には、確実に電力消費を抑えることができないが、制御信号を送ることにより、定常動作を終了するための処理を行わせた後に待機動作に移行させることができる。したがって、定常動作を無理に再開する必要がない負荷装置による電力の消費を確実に抑えることができる。

上記課題を解決する停電対策装置の第４の発明は、上記第１から第３のいずれかの発明の特定事項に加え、前記制御手段は、予め設定されている一部の負荷装置への電力供給を遮断して前記停電対策制御を実行することを特徴とするものである。

この発明では、完全に停止させてしまうことを回避したい負荷装置にのみ必要な電力が供給される。したがって、定常動作や待機動作の必要がない負荷装置による電力の消費を確実に抑えることができる。

上記課題を解決する停電対策装置の第５の発明は、上記第１から第４のいずれかの発明の特定事項に加え、前記制御手段は、予め設定されている一部の負荷装置への電力供給を停電前と同等に維持しつつ前記停電対策制御を実行することを特徴とするものである。

この発明では、定常動作させたい負荷装置には必要な電力が供給される。したがって、停止させては不都合が生じる負荷装置の定常動作は継続させることができる。

本発明によれば、停電発生時には、その負荷装置を定常動作から最低限の消費電力の待機動作などに移行させることができ、負荷装置で消費する電力量をできるだけ抑えることができる。したがって、電気エネルギーを蓄積する容量を小さくした安価な停電対策装置から、停電期間中に最低限必要な電力を信頼性高く供給することができる。

以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４は本発明に係る停電対策装置の第１実施形態を示す図である。

図１において、停電対策装置１０は、商用電源Ｐに接続する接続部１１と、負荷装置群１００の負荷装置１０１〜１０ｎを個別に接続する接続部１２と、接続部１１に接続された商用電源Ｐから接続部１２に接続された負荷装置群１００に供給する電力の経路となる電源線Ｌｐと、商用電源Ｐからの交流電力を直流電力に整流する整流器１３と、この整流器１３からの直流電力を蓄電する蓄電装置１４と、この蓄電装置１４からの直流電力を交流電力に変換するインバータ１５と、このインバータ１５からの交流電力を負荷装置群１００に電力供給可能に電源線Ｌｐに入力する変圧器１６と、インバータ１５の動作の調整・制御を行う制御部（制御手段）１７と、を備えている。

なお、商用電源Ｐや負荷装置群１００は、例えば、コンセントとプラグ形式の接続部１１、１２により電源線Ｌｐに接続するが、これに限らずに、停電対策装置１０が分電盤などに設置される場合などには、電気的な導通を確保する、所謂、丸端子などの接続端子により接続してもよい。ここで、負荷装置１０１〜１０ｎは、電源線Ｌｐや後述する信号線Ｌｓを共通に接続しているように図示しているが、別個に接続してあることはいうまでもない。

蓄電装置１４は、整流器１３により整流された直流電力を予め蓄電しておく、例えば、コンデンサーにより構築された蓄積手段であり、商用電源Ｐからの交流電力をインバータ１５を介して負荷装置群１００に供給可能な電気エネルギーとして蓄積する。ここで、本実施形態では、コンデンサーを利用する場合を一例に説明するが、これに限るものではなく、バッテリーを利用したり、フライホイールの慣性として、電気エネルギーを蓄積するようにしてもよい。

制御部１７は、不図示のメモリ内に格納する制御プログラムに従って各種制御動作を実行するＣＰＵ（中央処理装置）により構築されており、商用電源Ｐからの商用電力を検出する検出器１８の検出情報や、所定のタイミングからの経過時間を計時するタイマ（計時手段）１９の計時情報に基づいて、蓄電装置１４内の直流電力を交流電力に変換して変圧器１６を介して電源線Ｌｐに入力するなどの制御動作を実行する。

例えば、この制御部１７は、検出器１８の検出情報に基づいて商用電源Ｐの供給電力に瞬間的に電圧低下する瞬低の発生を検知したときには、直流電力を変換した交流電力が商用電源Ｐからの商用交流電力に同期して重畳するようにインバータ１５の動作を調整・制御することにより、負荷装置群１００には定電圧の電力を供給させて供給電力を補償する瞬停補償制御を行う。

また、この制御部１７は、検出器１８の検出情報に基づいて商用電源Ｐの電力供給が一定期間停止する（瞬間的に停止する瞬停を含む）停電の発生を検知したときには、所望の電力を負荷装置群１００に供給したり、その負荷装置群１００の負荷装置１０１〜１０ｎのそれぞれが備える制御スイッチに接続する信号線Ｌｓを介して制御信号を送出する停電対策制御を実行する。このとき、蓄電装置１４内の直流電力を変換した交流電力が商用電源Ｐ側に向かって逆流しないように、スイッチ２０を切り換えて負荷装置群１００を商用電源Ｐから切り離す。

具体的には、制御部１７は、図２のフローチャートに示すように、検出器１８の検出情報から商用電源Ｐの供給電力に停電が発生したことを検知すると（ステップＳ１）、タイマ１９の駆動を開始して停電発生からの経過時間を計時するとともに（ステップＳ２）、スイッチ２０を切り換えて負荷装置群１００を商用電源Ｐから切り離すのと同時に、蓄電装置１４内の直流電力をインバータ１５により交流電力に変換して変圧器１６を介して電源線Ｌｐに入力することより、負荷装置群１００が定常動作するのに必要な電力を供給する停電補償制御を開始する（ステップＳ３）。

この後には、商用電源Ｐからの電力供給が再開されることにより停電から復帰したか否かを、予め設定されている一定期間が経過するまで繰り返し確認し、停電からの復帰が確認された場合（ステップＳ４、Ｓ５）には、ステップＳ１に戻って、図３のタイミングチャートに示すように、インバータ１５や変圧器１６を介する蓄電装置１４内からの電力供給を停止するのと同時に、スイッチ２０を切り換えて負荷装置群１００を商用電源Ｐ側に接続することにより、負荷装置群１００の定常動作に必要な商用電源Ｐからの電力供給を再開するとともに、停電検知の確認を繰り返す。

これにより、停電発生から設定時間が経過する前に商用電源Ｐからの電力供給が復旧した場合にまで、後述する最低補償制御により供給電力が抑えられてしまうことを回避することができる。言い換えると、蓄電装置１４に蓄電されているほんの一部の電気エネルギーで賄える場合には、負荷装置群１００の定常動作を停止させてしまうことなく、負荷装置群１００を定常動作させることができる。すなわち、停電発生から後述の最低補償制御を開始するまでの設定時間としては、停電から復帰するまでに掛かる想定期間中に後述の最低補償制御を確実に継続することのできる電力を残すように、負荷装置群１００を定常動作させることのできる期間を設定すればよい。

一方、設定期間が経過しても停電から復帰することなく、定常動作を維持する補償期間外に至ってしまった場合（ステップＳ４、Ｓ５）には、図４のタイミングチャートに示すように、信号線Ｌｓを介して負荷装置１０１〜１０ｎの制御スイッチに定常動作を停止する制御信号を送出して（負荷停止を指令して）、負荷装置群１００の待機動作に必要な電力を供給する最低補償制御（停電対策制御）を開始する（ステップＳ６、Ｓ７）。

これにより、停電発生から設定時間が経過した場合には、負荷装置群１００を待機動作に移行させることにより、定常動作の終了処理や待機時の機能を維持するなどの必要最低限の動作のみを行わせて、停電期間中に蓄電装置１４から負荷装置群１００に供給する電力を抑えることができる。このとき、負荷装置群１００の負荷装置１０１〜１０ｎには制御信号を送出して待機動作に移行させていることから、供給電力の中断では待機状態に移行しない負荷装置でも確実に待機状態にさせて消費電力を抑えることができ、停電期間中における必要最低限の動作を確実に継続することができる。

この後には、商用電源Ｐが停電から復帰したか否かを繰り返し確認して、停電復帰が確認されない場合には、最低補償制御を継続する一方、停電復帰が確認された場合には、信号線Ｌｓを介して負荷装置１０１〜１０ｎの制御スイッチに定常動作を開始する制御信号を送出した後に、ステップＳ１に戻って、再開された商用電源Ｐの停電検知の確認を繰り返す（ステップＳ７、Ｓ８）。ここで、停電が復帰した場合でも、そのまま負荷装置１０１〜１０ｎの待機動作を維持することを選択可能に設計してもよい。

このように本実施形態においては、停電が設定期間以上継続する場合には、負荷装置群１００を定常動作する状態から、必要最低限の消費電力で動作する待機状態に移行させることができ、負荷装置１０１〜１０ｎで消費する電力量をできるだけ抑えることができる。したがって、蓄電装置１４の蓄電容量を小さく設定した安価の停電対策装置１０でも、停電期間中に最低限必要な待機動作を負荷装置群１００が行うために必要な電力を信頼性高く供給することができる。

次に、図５は本発明に係る停電対策装置の第２実施形態を示す図である。ここで、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されていることから、同様な構成には同一の符号を利用するとともに図面を流用して特徴部分を説明する。

図１において、停電対策装置１０の制御部１７は、本実施形態では、商用電源Ｐからの供給電力に停電が発生した時には、図２のフローチャートに示す停電対策制御を実行して、所望の電力を負荷装置群１００に供給するとともに、予め設定されているタイミングには、その負荷装置１０１〜１０ｎ毎の重要度に応じた制御信号を信号線Ｌｓを介して送出する。

ここで、負荷装置１０１〜１０ｎの重要度としては、停電の発生に拘わらずに定常動作を維持する必要のある負荷動作を行う負荷装置を最重要とし、また、停電発生時に定常動作を維持するまでの必要はないが待機状態に移行させて動作させておく必要のある負荷装置を重要とし、停電発生時には定常動作や待機動作を維持する必要はなく停止させてもよい負荷装置を一般として予め設定されており、制御部１７は、それぞれの重要度に応じた制御信号をその負荷装置１０１〜１０ｎ毎に送出するように設計されている。なお、負荷装置１０１〜１０ｎの区別は、これに限るものでないことはいうまでもない。

具体的には、制御部１７は、停電発生から設定期間が経過して定常状態を維持する補償期間外に至ってしまった場合には、図２のフローチャートに示すステップＳ６においては、負荷装置１０１〜１０ｎ毎の重要度に応じた制御信号を送出して最低補償制御（停電対策制御）を開始する。

このとき、図５のタイミングチャートに示すように、負荷装置１０１〜１０ｎで最重要に設定されている装置の制御スイッチには、制御信号を送出することなく定常動作を継続することを許容し、また、重要に設定されている装置の制御スイッチには、上述実施形態と同様に定常動作を停止する制御信号を送出することにより待機動作に移行させて電力消費を抑え、その一方で、一般に設定されている装置の制御スイッチには、動作全体を停止させる制御信号を送出して電力を消費しないようにする。ここで、一般と設定されている負荷装置が、定常動作で稼動する状態から電力供給を遮断して停止させることができる装置には、制御信号により制御するのに代えて、接続部に設けたスイッチにより電力供給を遮断して電力を消費しないようにしてもよい。

これにより、負荷装置１０１〜１０ｎをその重要度に応じた動作に移行させて必要な負荷動作を維持しつつ電力消費を抑えることができ、蓄電装置１４から供給する電力量をできるだけ小さくすることができる。

このように本実施形態においては、上述実施形態による作用効果に加えて、停電期間中でも必要な定常動作を確保するとともに、動作させる必要がない負荷装置は停止させることができ、負荷装置１０１〜１０ｎの動作を一律に制限するのではなく、必要な動作を確保しつつ負荷装置１０１〜１０ｎで消費する電力量をできるだけ抑えることができる。したがって、蓄電装置１４の蓄電容量を小さく設定した安価の停電対策装置１０でも、停電期間中に必要な動作を負荷装置群１００が行うために必要な電力を信頼性高く供給することができる。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明に係る停電対策装置の第１実施形態を示す図であり、その全体構成を示すブロック図である。 その制御動作を説明するフローチャートである。 その制御動作を説明するタイミングチャートである。 その制御動作を説明するタイミングチャートである。 本発明に係る停電対策装置の第２実施形態を示す図であり、その制御動作を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 停電対策装置
１１、１２ 接続部
１３ 整流器
１４ 蓄電装置
１５ インバータ
１６ 変圧器
１７ 制御部
１８ 検出器
１９ タイマ
２０ スイッチ
１００ 負荷装置群
１０１〜１０ｎ 負荷装置
Ｌｐ 電源線
Ｌｓ 信号線
Ｐ 商用電源

Claims (5)

1. 電源からの電力を負荷装置に供給する供給経路と、電源からの電力を電気エネルギーとして蓄積する蓄積手段と、を備えて、負荷装置への供給電力が停止する停電期間中に蓄積手段内の蓄積エネルギーを供給電力として該負荷装置に供給する停電対策装置であって、
   停電が発生した場合に、負荷装置の一部または全部の消費電力を抑えさせる停電対策制御を実行する制御手段を備えることを特徴とする停電対策装置。
2. 前記停電が発生したときからの経過時間を計時する計時手段を備え、
   前記制御手段は、計時手段の計時する経過時間が予め設定されている時間を経過しても停電が継続しているときに、前記停電対策制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の停電対策装置。
3. 前記制御手段は、負荷装置に向けて消費電力を抑えさせる制御信号を出力して前記停電対策制御を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の停電対策装置。
4. 前記制御手段は、予め設定されている一部の負荷装置への電力供給を遮断して前記停電対策制御を実行することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の停電対策装置。
5. 前記制御手段は、予め設定されている一部の負荷装置への電力供給を停電前と同等に維持しつつ前記停電対策制御を実行することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の停電対策装置。

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