JP2006129634A

JP2006129634A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP2006129634A
Application number: JP2004315571A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Miyazawa; 芳明宮澤
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】蓄電池による給電を最後の手段とし、負荷装置への給電の信頼度を向上させて、負荷装置側のリスクを最小化することができる無停電電源装置を提供する。
【解決手段】第１の交流電源２と、第２の交流電源３と、第１の交流電源２の交流出力を直流変換して出力する整流器７と、この整流器７の出力端に接続され、入力された直流を交流変換して出力するインバータ８と、このインバータ８と整流器７の間に挿入され、常時は整流器７２により充電が行われ、第１の交流電源の停電時にはインバータ８に直流を出力する蓄電池９と、第２の交流電源３の出力とインバータ８の出力を無瞬断で切り換えて負荷装置６に給電する切換スイッチ４を有するもので、切換スイッチ４の切り換えにより、第１の交流電源２のみが停電した時には第２の交流電源３によって負荷に給電し、第１の交流電源２と第２の交流電源３が共に停電した時に、蓄電池９の出力をインバータ８で交流変換して負荷装置６に給電する制御を行う制御部５を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源の停電時に負荷に交流電力を供給するための無停電電源装置に係り、特に交流入力として常用電源の第１の交流電源と、予備電源の第２の交流電源を備える無停電電源装置に関する。

周知の通り、コンピュータシステムやプラントの制御装置、防災設備等の重要負荷システムの電源装置として、交流電源の停電に伴い交流入力が停止した場合でも、重要負荷システムの運転停止が生じないように安定した交流電力を負荷に供給する無停電電源装置が広く用いられている。無停電電源装置は、一般に交流電源の他に予備電源として、常時交流電源から整流器を通じて充電を行うようにした蓄電池を備えて構成し、常時は交流電源から負荷への給電を行い、停電時には蓄電池からの出力をインバータで交流変換して負荷への給電を行うものとなっている。

また無停電電源装置には、冗長性を増したものとして、交流電源を商用交流電源あるいは常用発電機出力等の第１の交流電源を入力とし、予備発電機出力等の第１の交流電源と異なる第２の交流電源をバイパス入力としたものがある。これは、例えば第１の交流電源と、予備電源の蓄電池と、第１の交流電源の交流出力を直流に変換して蓄電池を充電する整流器と、直流を交流に変換するインバータとで第１の電源系を構成し、さらに第１の電源系に対し第２の交流電源を並列に設けて第２の電源系を構成し、これら第１の電源系と第２の電源系とを、無瞬断で切り換える高速スイッチの切換スイッチにより状況に応じて切り換えるようにしたものとなっている（例えば非特許文献１参照）。

こうした無停電電源装置の構成は、例えば図５にブロック図で示すようなものとなっている。同図において、１０１は無停電電源装置で、１０２は第１の交流電源（入力）、１０３は蓄電池、１０４は整流器（充電器）、１０５はインバータ、１０６は第２の交流電源（バイパス入力）、１０７は切換スイッチ（サイリスタスイッチ）である。そして、第１の交流電源１０２が正常な状況では、第１の交流電源１０２の交流出力を整流器１０４で直流に変換してインバータ１０５に供給し、同時に蓄電池１０３を充電する。またインバータ１０５は、直流を交流に変換して切換スイッチ１０７に供給し、さらに切換スイッチ１０７を介し出力して図示しない負荷に給電する。

また、第１の交流電源１０２が停電した場合には、蓄電池１０３からインバータ１０５に直流出力を供給する。インバータ１０５は、同様に直流を交流に変換して切換スイッチ１０７に供給し、さらに切換スイッチ１０７を介して負荷に給電する。さらに、整流器１０４やインバータ１０５が万一故障するなどして、インバータ１０５を通じての負荷への給電が不能になった場合には、高速スイッチの切換スイッチ１０７により第２の交流電源１０６に無瞬断で切り換え、切換スイッチ１０７を介して第２の交流電源１０６の交流出力を負荷に給電する。

こうして、第１の交流電源１０２が停電した場合や整流器１０４やインバータ１０５が故障するなどした場合でも、第１の交流電源１０２が正常な状況におけると同様に、継続して負荷への給電が継続でき、負荷の運転停止等の状況に至らない。

一方、例えば海上プラントや離島などの電源設備のように、商用交流電源系統が使えなかったり、使えても弱小な系統であったりした場合、交流電源としては常用発電機と予備発電機を組み合わせたものとなる。そして、常用発電機出力を第１の交流電源１０２、予備発電機出力を第２の交流電源１０６として構成するのが一般的な構成となる。

このように良好な商用交流電源系統が使えないなどの限定された電源環境下においては、特に、プラントの制御装置や通信設備、防災設備等の重要負荷システムの電源装置として、上記の従来技術の無停電電源装置を用いた場合、次のような事態に至る可能性がある。

すなわち、第１の交流電源１０２が停電した場合に、直ちに蓄電池１０３を使って負荷への給電を継続することは、バックアップエネルギとして最も信頼性が高く、且つ最終の電力供給源である蓄電池１０３を、第２の交流電源１０６が使えるにも拘らず、先に使い果たしてしまうことになる。その結果、さらに第２の交流電源１０６を含めて交流電源系統が全く使えない状況となった場合には、重要負荷システムを安全に停止するための処理もできないといった事態になる虞がある。

また、通常、第２の交流電源１０６は、第１の交流電源１０２のバックアップ電源として設けられていて、無停電電源装置１０１を介することなく、他の負荷にも給電できるようになっている。そのため、異なる２つの交流電源１０２，１０６が連携する共通部が存在することになる。その点において、蓄電池１０３は、２つの交流電源１０２，１０６とは完全に分離された独立の最終のバックアップエネルギとして位置づけられ、交流電源１０２，１０６よりも先に電力供給ができなくなる事態は避けなければならない。
電気学会技術報告（II部）第３７２号「無停電電源装置の動向」無停電電源装置調査専門委員会、１９９１年５月、電気学会、ｐ．１０−１２

上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、蓄電池による給電を最後の手段とし、重要な負荷装置への給電の信頼度を向上させ、重要な負荷装置側のリスクを最小化することができる無停電電源装置を提供することにある。

本発明の無停電電源装置は、
第１の交流電源と、この第１の交流電源と異なる第２の交流電源と、前記第１の交流電源の交流出力を直流に変換して出力する整流器と、この整流器の出力端に接続され、直流入力を交流に変換して出力するインバータと、このインバータの入力端と前記整流器の出力端との間に挿入され、常時は前記整流器の出力により充電が行われ、前記第１の交流電源の停電時には前記インバータに直流を出力する蓄電池と、前記第２の交流電源の出力と前記インバータの出力を無瞬断で切り換えて負荷に給電する切換スイッチを有する無停電電源装置において、
前記切換スイッチの切り換えにより、前記第１の交流電源のみが停電した時には前記第２の交流電源によって負荷に給電し、前記第１の交流電源と前記第２の交流電源が共に停電した時には、前記蓄電池の出力を前記インバータで交流に変換して負荷に給電する制御を行う制御手段を備えていることを特徴とするものであり、
また、第１の交流電源と、この第１の交流電源と異なる第２の交流電源と、前記第１の交流電源の交流出力を直流に変換して出力する整流器と、この整流器の出力端に接続され、直流入力を交流に変換して出力するインバータと、このインバータの入力端と前記整流器の出力端との間に挿入され、常時は前記整流器の出力により充電が行われ、前記第１の交流電源の停電時には前記インバータに直流を出力する蓄電池と、前記第２の交流電源の出力と前記インバータの出力を無瞬断で切り換えて負荷に給電する切換スイッチを有する無停電電源装置において、
前記第１の交流電源のみが停電した時には、一旦前記蓄電池の出力を前記インバータで交流変換して負荷に給電を開始し、前記第２の交流電源が健全である場合は前記切換スイッチで切り換えて、前記第２の交流電源により負荷に給電し、前記第１の交流電源と前記第２の交流電源が共に停電した時には、前記蓄電池の出力を前記インバータで交流に変換して負荷に給電する制御を行う制御手段を備えていることを特徴とするものである。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、蓄電池による給電を最後の手段として負荷装置への給電の信頼度を高いものとすることができ、負荷装置側におけるリスクを最小化することができる等の効果を有する。

以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

先ず第１の実施形態を図１及び図２により説明する。図１はブロック図であり、図２は制御部における制御動作を示すフロー図である。

図１及び図２において、１は無停電電源装置で、図示しない商用交流電源あるいは常用発電機出力等を第１の交流電源２とした第１の電源系Ａと、第１の交流電源２と異なる図示しない予備発電機出力等を第２の交流電源３とした第２の電源系Ｂとを備え、さらに、第１の電源系Ａの交流出力と第２の電源系Ｂの交流出力を無瞬断で切り換える高速スイッチである切換スイッチ（サイリスタスイッチ）４と、切換スイッチ４の切換動作を制御する制御部５を備えて構成されている。そして、切換スイッチ４で切り換えた交流出力を、出力端４ａに接続されたコンピュータシステムやプラントの制御装置、通信設備、防災設備等の重要負荷装置である負荷装置６へ給電するようになっている。

第１の電源系Ａは、第１の交流電源２と、第１の交流電源２からの交流入力を直流に変換して出力する整流器７と、この整流器７の出力端に接続され、直流入力を交流に変換して出力するインバータ８とを備え、インバータ８の出力端が切換スイッチ４の第１の入力端４ｂに接続されている。なお、インバータ８は矩形波を正弦波に成形する交流フィルタを有しており、インバータ８からは正弦波とした交流が出力される。

また、インバータ８の入力端と整流器７の出力端との間には蓄電池９が挿入されており、蓄電池９には、常時、整流器７の直流出力により充電が行われるようになっている。そして、整流器７の出力が、例えば停止した際には蓄電池９の直流出力がインバータ８に入力されるようになっている。

一方、第２の電源系Ｂは、第２の交流電源３の出力端が直接切換スイッチ４の第２の入力端４ｃに接続されている。

また、切換スイッチ４の切換動作を制御する制御部５は、第１の交流電源２と第２の交流電源３が停電状態にあるか否かを、例えば各出力電圧を測定してそれぞれ検出する検出器（図示せず）を両電源２，３の出力側に設けたものとなっている。そして、検出器の検出結果が所定値であれば正常と判断し、また所定値よりも低い場合、例えば停電あるいは出力電圧の異常低下等の場合には、対応の交流電源が停電状態にあると判断し、図２に示すフローによる切換スイッチ４の制御を行うようになっている。

すなわち、第１のステップＳ１で、第１の交流電源２が停電状態にあるか否か、検出器の検出結果に基づき判断がなされる。そして、検出電圧が所定値であって停電状態ではない（正常状態である）と判断されると、次の第２のステップＳ２に進む。

第２のステップＳ２では、制御部５による制御のもとに切換スイッチ４が無瞬断切換動作を行い、インバータ８の出力が接続されている第１の入力端４ｂが選択される。そして負荷装置６には、第１の電源系Ａの第１の交流電源２の交流出力が、整流器７で直流に変換され、さらにインバータ８で直流が再び交流に変換され、切換スイッチ４を通じて給電される。

また、第１のステップＳ１における第１の交流電源２が停電状態にあるか否かの判断の結果、停電状態にある（正常状態ではない）と判断された場合には、次の第３のステップＳ３に進む。

第３のステップＳ３では、第２の交流電源３が停電状態にあるか否か、同じく検出器の検出結果に基づき判断がなされる。そして、停電状態ではない（正常状態にある）と判断された場合には、次の第４のステップＳ４に進む。

第４のステップＳ４では、制御部５による制御のもとに切換スイッチ４が無瞬断切換動作を行い、第２の交流電源３が接続されている第２の入力端４ｃが選択される。そして、負荷装置６に第２の電源系Ｂの第２の交流電源３からの給電が行われる。

また、第３のステップＳ３における第２の交流電源３が停電状態にあるか否かの判断の結果、停電状態にある（正常状態ではない）と判断された場合には、次の第２のステップＳ２に進む。

第２のステップＳ２では、制御部５による制御のもとに切換スイッチ４が無瞬断切換動作を行い、インバータ８の出力が接続されている第１の入力端４ｂが選択される。そして、負荷装置６には、第１の電源系Ａの蓄電池９からの直流出力が、インバータ８で交流に変換され、切換スイッチ４を通じて給電される。

なお、図示しないが整流器７やインバータ８が故障するなどして、第１の電源系Ａによる負荷装置６への給電が不能になった場合には、切換スイッチ４により第２の電源系Ｂへの無瞬断切り換えを行い、第２の交流電源３の交流出力を負荷装置６に給電するようになっている。

このようにして、上記実施形態では、第１の交流電源２が停電状態である時には、第２の交流電源３が健全である限り、第２の交流電源３を使い負荷装置６に給電して、蓄電池９の最終のバックアップエネルギをできる限り最後まで確保するように制御することができ、負荷装置６への給電の信頼度を高いものとすることができる。そして、２つの交流電源２，３が両方共使用不能になった場合に、はじめて蓄電池９を最終のバックアップエネルギ源として、負荷装置６に給電することができることになり、重要な負荷装置６への給電手段を最後まで確保して、リスクを最小のものとすることができる。

次に第２の実施形態を図３及び図４により説明する。図３はブロック図であり、図４は制御部における制御動作を示すフロー図である。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。

図３及び図４において、１１は無停電電源装置で、商用交流電源、常用発電機出力等を第１の交流電源２とした第１の電源系Ａと、予備発電機出力等を第２の交流電源３とした第２の電源系Ｂとを備え、さらに、第１の電源系Ａの交流出力と第２の電源系Ｂの交流出力を無瞬断で切り換える切換スイッチ４と、切換スイッチ４の切換動作を制御する制御部１２を備えて構成されている。そして、切換スイッチ４で切り換えた交流出力を、出力端４ａに接続されたコンピュータシステムやプラントの制御装置、通信設備、防災設備等の重要負荷装置である負荷装置６へ給電するようになっている。

第１の電源系Ａは、第１の交流電源２と、整流器７と、インバータ８と、蓄電池と９を備え、インバータ８の出力端が切換スイッチ４の第１の入力端４ｂに接続されている。そして、蓄電池９には、常時、整流器７の直流出力により充電が行われるようになっており、また整流器７の出力が、例えば停止した際には蓄電池９の直流出力がインバータ８に入力されるようになっている。

また、切換スイッチ４の切換動作を制御する制御部１２は、第１の交流電源２と第２の交流電源３が停電状態にあるか否かを、例えば各出力電圧を測定してそれぞれ検出する検出器を両電源２，３の出力側に設けたものとなっている。そして、検出器の検出結果が所定値であれば正常と判断し、また所定値よりも低い場合、例えば停電あるいは出力電圧の異常低下等の場合には、対応の交流電源が停電状態にあると判断し、図４に示すフローによる切換スイッチ４の制御を行うようになっている。

すなわち、第１のステップＴ１で、第１の交流電源２が停電状態にあるか否か、検出器の検出結果に基づき判断がなされる。そして、検出電圧が所定値であって停電状態ではない（正常状態である）と判断されると、次の第２のステップＴ２に進む。

第２のステップＴ２では、制御部１２による制御のもとに切換スイッチ４が無瞬断切換動作を行い、インバータ８の出力が接続されている第１の入力端４ｂが選択される。そして、負荷装置６に第１の電源系Ａの第１の交流電源２からの給電が、整流器７、インバータ８を通じて行われる。

また、第１のステップＴ１における第１の交流電源２が停電状態にあるか否かの判断の結果、停電状態にある（正常状態ではない）と判断された場合には、次の第３のステップＴ３に進む。

第３のステップＴ３においては、第１の交流電源２が停電状態になると直ぐに整流器７の出力が低下し、それに伴い蓄電池９は放電を開始する。蓄電池９の直流出力はインバータ８で交流に変換され、第２のステップＴ２でインバータ８を選択した状態のままとなっている切換スイッチ４を通じて、負荷装置６に所定時間の給電がなされる。なお、この時の給電は、以降のステップである第４のステップＴ４、第５のステップＴ５における切換スイッチ４の切換動作が行われるまで行われる。

続く第４のステップＴ４では、第２の交流電源３が停電状態にあるか否か、同じく検出器の検出結果に基づき判断がなされる。そして、停電状態ではない（正常状態にある）と判断された場合には、次の第５のステップＴ５に進む。

第５のステップＴ５では、制御部１２による制御のもとに切換スイッチ４が無瞬断切換動作を行い、第２の交流電源３が接続されている第２の入力端４ｃが選択される。そして、負荷装置６に第２の電源系Ｂの第２の交流電源３からの給電が行われる。

また、第４のステップＴ４における第２の交流電源３が停電状態にあるか否かの判断の結果、停電状態にある（正常状態ではない）と判断された場合には、第２のステップＴ２に進む。

そして、第２のステップＳ２では、制御部１２による制御のもとにインバータ８を選択した状態の切換スイッチ４を通じ、蓄電池９の直流出力がインバータ８で交流に変換され、負荷装置６に給電される。

このようにして、上記実施形態では、第１の交流電源２が停電状態である時には、一旦蓄電池９による負荷装置６への給電を所定時間行い、給電を継続している所定時間内に第２の交流電源３の健全性をゆっくり、且つ確実に確認し、その後、健全性が確認された第２の交流電源３による給電を行えるようにしている。これにより、健全性の確認がより確実に行え、より信頼性を高いものとすることができる他、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態の制御部における制御動作を示すフロー図である。本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態の制御部における制御動作を示すフロー図である。従来技術を示すブロック図である。

符号の説明

２…第１の交流電源
３…第２の交流電源
４…切換スイッチ
５，１２…制御部
６…負荷装置
７…整流器
８…インバータ
９…蓄電池

Claims

第１の交流電源と、この第１の交流電源と異なる第２の交流電源と、前記第１の交流電源の交流出力を直流に変換して出力する整流器と、この整流器の出力端に接続され、直流入力を交流に変換して出力するインバータと、このインバータの入力端と前記整流器の出力端との間に挿入され、常時は前記整流器の出力により充電が行われ、前記第１の交流電源の停電時には前記インバータに直流を出力する蓄電池と、前記第２の交流電源の出力と前記インバータの出力を無瞬断で切り換えて負荷に給電する切換スイッチを有する無停電電源装置において、
前記切換スイッチの切り換えにより、前記第１の交流電源のみが停電した時には前記第２の交流電源によって負荷に給電し、前記第１の交流電源と前記第２の交流電源が共に停電した時には、前記蓄電池の出力を前記インバータで交流に変換して負荷に給電する制御を行う制御手段を備えていることを特徴とする無停電電源装置。
第１の交流電源と、この第１の交流電源と異なる第２の交流電源と、前記第１の交流電源の交流出力を直流に変換して出力する整流器と、この整流器の出力端に接続され、直流入力を交流に変換して出力するインバータと、このインバータの入力端と前記整流器の出力端との間に挿入され、常時は前記整流器の出力により充電が行われ、前記第１の交流電源の停電時には前記インバータに直流を出力する蓄電池と、前記第２の交流電源の出力と前記インバータの出力を無瞬断で切り換えて負荷に給電する切換スイッチを有する無停電電源装置において、
前記第１の交流電源のみが停電した時には、一旦前記蓄電池の出力を前記インバータで交流変換して負荷に給電を開始し、前記第２の交流電源が健全である場合は前記切換スイッチで切り換えて、前記第２の交流電源により負荷に給電し、前記第１の交流電源と前記第２の交流電源が共に停電した時には、前記蓄電池の出力を前記インバータで交流に変換して負荷に給電する制御を行う制御手段を備えていることを特徴とする無停電電源装置。