JP2006246616A - Uninterruptible power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無停電電源装置に関し、更に詳しくは、冗長化入力電源系統を有する負荷装置に冗長化電源を供給する無停電電源装置に関する。 The present invention relates to an uninterruptible power supply, and more particularly to an uninterruptible power supply that supplies redundant power to a load device having a redundant input power supply system.
無停電電源装置は、様々な負荷装置に交流電源を供給するために広く用いられている。無停電電源装置は、複数の給電系統を持ち、商用電源の停電などの際に、例えばバックアップの目的で設置されたバッテリの直流電源を、インバータを介して交流電源に変換して負荷に供給している。 The uninterruptible power supply is widely used to supply AC power to various load devices. An uninterruptible power supply system has multiple power supply systems, and in the event of a commercial power failure, for example, a DC power supply for a battery installed for backup purposes is converted into an AC power supply via an inverter and supplied to a load. ing.
ところで、コンピュータシステムのサーバやディスクアレイ装置などの重要負荷装置では、複数の入力電源系統を持つ電源冗長化が行われている。このような複数の入力電源系統を有する負荷装置に電源を供給する際には、一般に複数台の無停電電源装置(UPS装置)を並列に運転して負荷装置に給電している。このため、負荷装置の消費電力を供給できる容量のバッテリとインバータとをUPS装置の数だけ使用することになる。この場合、例えば2重化するためには、2倍に近いコストが必要となり、3重化するためには、3倍に近いコストが必要になる。また、UPS装置のサイズ及び重量も2倍、3倍に近いサイズ及び重量に増加する。 By the way, power load redundancy having a plurality of input power supply systems is performed in important load devices such as a server of a computer system and a disk array device. When supplying power to such a load device having a plurality of input power supply systems, generally, a plurality of uninterruptible power supply devices (UPS devices) are operated in parallel to supply power to the load device. For this reason, the battery and the inverter of the capacity | capacitance which can supply the power consumption of a load apparatus are used by the number of UPS apparatuses. In this case, for example, a cost close to twice is required for duplexing, and a cost close to triple is required for triplexing. Also, the size and weight of the UPS device will increase to a size and weight that is nearly double and triple.
特許文献1には、冗長化電源系統を有する負荷装置に対して交流電源を供給するUPS装置が記載されている。図2は、特許文献1に記載されたUPS装置の構成を示している。UPS装置50は、過電流検出部51を有し、切換えスイッチ55の第1の入力端子に交流電源を供給する第1の交流電源系統52と、過電流検出部53を有し切換えスイッチ55の第2の入力端子に交流電源を供給する第2の交流電源系統54と、第1及び第2の交流電源系統42、54から電源が供給されてバッテリ56に充電するAC−DCコンバータ57と、バッテリ56からの直流電源をAC電源に変換して切換えスイッチ55の第3の入力端子に交流電源を供給するインバータ58とを有する。
Patent Document 1 describes a UPS device that supplies AC power to a load device having a redundant power supply system. FIG. 2 shows the configuration of the UPS device described in Patent Document 1. The UPS
上記UPS装置では、第1及び第2の交流電源系統52、54が正常なときには、切換えスイッチ55は、第1及び第2の交流電源系統52、54からそれぞれ、負荷装置60に電源を供給し、第1及び第2の交流電源系統52、54の何れか又は双方の系統に異常が発生すると、バッテリ56を利用して、インバータ58負荷装置に交流電源が供給される。また、バッテリ56及びインバータ58を2系統の電源系統52、54に共通化しており、コスト、サイズ及び重量の軽減が可能である。
特許文献1に記載のUPS装置では、常時は2系統の商用電源がそのまま冗長化された負荷装置60の入力電源系統に入力されており、商用電源などに異常が発生すると、その異常の検出に基づいて交流電源を切換え制御している。この場合、例えば2系統の商用電源が同時に停電になると、2系統の入力電源が同時に消滅し、インバータ58が立ち上がる。しかし、インバータ58の立ち上がりには時間遅れが発生するので、その間は必要な電源が負荷装置60に供給されないという問題がある。また、AC/DCコンバータが1台であるため、そのメンテナンスや故障に際しては、バックアップができないという問題もある。
In the UPS device described in Patent Document 1, two commercial power supplies are always input as they are to the input power supply system of the
本発明は、入力電源系統が冗長化された負荷装置に電源を供給するために特に適したUPS装置であって、コスト、サイズ及び重量の軽減が可能であり、供給される2系統の商用電源に停電が発生しても、負荷には無瞬断で電源が供給されるため、バックアップ能力に優れたUPS装置を提供することを目的とする。 The present invention is a UPS device particularly suitable for supplying power to a load device in which an input power supply system is made redundant, and can be reduced in cost, size and weight. Even if a power failure occurs, the power is supplied to the load without any interruption, so the object is to provide a UPS device with excellent backup capability.
上記目的を達成するために、本発明の無停電電源装置は、第1及び第2の入力電源系統を含む冗長化入力電源系統を有する負荷装置に電源を供給する無停電電源装置において、
バッテリ及び該バッテリから直流電源が供給されるDC/AC変換器を有する共通電源部分と、
第1及び第2の入力端子と前記第1の入力電源系統に接続された出力端子とを有する第1の切換えスイッチと;第1の電源遮断器と第1のAC/DC変換器とを経由して前記バッテリに直流電源を供給し、且つ、該バッテリから前記DC/AC変換器を経由して前記第1の切換えスイッチの前記第1の入力端子に交流電源を供給する第1の主電源系統と;前記第1の電源遮断器から前記第1の電源切換えスイッチの第2の入力端子に交流電源を供給する第1のバイパス電源系統と;前記第1の切換えスイッチの出力端子を前記第1の入力端子又は前記第2の入力端子の何れかに切り換えて接続する第1の切換制御部とを備える第1の電源系統と、
第1及び第2の入力端子と前記第2の入力電源系統に接続された出力端子とを有する第2の切換えスイッチと;第2の電源遮断器と第2のAC/DC変換器とを経由して前記バッテリに直流電源を供給し、且つ、該バッテリから前記DC/AC変換器を経由して前記第2の切換えスイッチの前記第1の入力端子に交流電源を供給する第2の主電源系統と;前記第2の電源遮断器から前記第2の電源切換えスイッチの第2の入力端子に交流電源を供給する第2のバイパス電源系統と、前記第2の切換えスイッチの出力端子を前記第1の入力端子又は前記第2の入力端子の何れかに切り換えて接続する第2の切換制御部とを備える第2の電源系統と、を備えることを特徴とする。
To achieve the above object, an uninterruptible power supply of the present invention is an uninterruptible power supply that supplies power to a load device having a redundant input power supply system including first and second input power supply systems.
A common power supply portion having a battery and a DC / AC converter to which direct current power is supplied from the battery;
A first changeover switch having first and second input terminals and an output terminal connected to the first input power supply system; via a first power circuit breaker and a first AC / DC converter A first main power source for supplying a DC power source to the battery and supplying an AC power source from the battery to the first input terminal of the first changeover switch via the DC / AC converter. A first bypass power supply system that supplies AC power from the first power breaker to a second input terminal of the first power supply switch; and an output terminal of the first switch is connected to the first power switch. A first power supply system including a first switching control unit that switches to and connects to one of the input terminals of the first input terminal or the second input terminal;
A second changeover switch having first and second input terminals and an output terminal connected to the second input power supply system; via a second power circuit breaker and a second AC / DC converter A second main power source for supplying a DC power source to the battery and supplying an AC power source from the battery to the first input terminal of the second changeover switch via the DC / AC converter. A second bypass power supply system for supplying AC power from the second power circuit breaker to a second input terminal of the second power supply changeover switch, and an output terminal of the second changeover switch connected to the second power supply switch. And a second power supply system including a second switching control unit that switches to and connects to one of the first input terminal and the second input terminal.
本発明の無停電電源装置では、常時にバッテリを充電すると共に電源系統に共通のDC/AC変換器(インバータ)を稼働させる構成を採用したので、電源装置の構成が簡素化されると共に、電源装置や負荷装置における障害発生時のバイパスラインへの切換に際して、無瞬断での電源切換が可能である。また、第1及び第2の電源系統の双方にコンバータを配設して、何れのコンバータからもバッテリを充電可能としてあるので、障害発生時のバックアップ能力に優れた無停電電源装置が得られる。 In the uninterruptible power supply of the present invention, since the battery is always charged and the common DC / AC converter (inverter) is operated in the power supply system, the structure of the power supply is simplified and the power supply When switching to a bypass line when a failure occurs in a device or a load device, it is possible to switch the power source without interruption. In addition, since the converter is provided in both the first and second power supply systems so that the battery can be charged from any of the converters, an uninterruptible power supply device having excellent backup capability when a failure occurs can be obtained.
本発明の好ましい態様の無停電電源装置では、前記第1及び第2の切換制御部はそれぞれ、少なくとも前記第1及び第2の電源切換えスイッチの出力端子における電源異常を検出して前記第1及び第2の電源切替え器を切り換えることが好ましい。 In the uninterruptible power supply according to a preferred aspect of the present invention, each of the first and second switching control units detects a power supply abnormality at least at an output terminal of the first and second power supply switching switches, respectively. It is preferable to switch the second power switch.
また、前記第1及び第2のAC/DC変換器はそれぞれ、前記負荷装置の負荷電流以上の電流容量を有することも本発明の好ましい態様である。この場合、一方のAC―DC変換器のみで、負荷装置に給電しつつ、バッテリへの充電が可能であると共に、その後に発生する商用電源の停電に際して、バッテリによるバックアップが可能になる。 It is also a preferred aspect of the present invention that each of the first and second AC / DC converters has a current capacity equal to or greater than the load current of the load device. In this case, it is possible to charge the battery while supplying power to the load device with only one AC-DC converter, and it is possible to perform backup with the battery in the event of a commercial power supply power failure that occurs thereafter.
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るUPS装置の構成を示している。UPS装置10は、商用電源が供給される分電盤43からそれぞれ電源ライン11及び21を経由して電源が供給される第1の電源系統31及び第2の電源系統32を有し、第2の電源系統32には、双方の電源系統31、32に共通の共通電源部分であるバッテリ33及びDC/ACインバータ34が含まれる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments of the present invention with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of a UPS device according to an embodiment of the present invention. The UPS
負荷装置40は、例えばコンピュータシステムのサーバやディスクアレイ等であり、2系統の入力電源系統を持ち、それぞれに電源モジュール41及び42が配設される。
The
UPS装置10の第1の電源系統31は、負荷装置40の第1の電源モジュール41に常時電源を供給する第1の主電源系統14と、第1の主電源系統14の異常時などに商用電源をバイパスして供給する第1のバイパスライン15と、第1の無瞬断切換装置16と、第1の切換制御部17とを備える。第2の電源系統32は、第2の電源モジュール42に電源を供給する第2の主電源系統24と、第2の主電源系統24の異常時などに商用電源をバイパスして供給する第2のバイパスライン25と、第2の無瞬断切換装置26と、第2の切換制御部27とを備える。第2の主電源系統24内には、第1及び第2の主電源系統に共通の電源部分であるバッテリ33と、バッテリ33から直流電源が供給されるDC/ACインバータ34とが配設される。
The first
第1の電源系統31の主電源系統14は、第1の電源遮断器を構成する入力ブレーカ12と、第1のAC/DCコンバータ13と、バッテリ33と、DC/ACインバータ34とから構成され、DC/ACインバータ34の出力が第1の無瞬断切換装置16の第1の入力端子に接続される。第1のバイパスライン15は、電源遮断器12の負荷側端子と無瞬断切換装置16の第2の入力端子とを接続する配線として構成される。第2の電源系統32の主電源系統24は、第2の電源遮断器を構成する入力ブレーカ22と、第2のAC/DCコンバータ23と、バッテリ33と、DC/ACインバータ34とから構成され、DC/ACインバータ34の出力が第2の無瞬断切換装置26の第1の入力端子に接続される。第2のバイパスライン25は、電源遮断器12の負荷側端子と第2の無瞬断切換装置26の第2の入力端子とを接続する配線として構成される。
The main
本実施形態例のUPS装置10は、2系統に冗長化された入力電源系統を有する負荷装置40に対して2系統の電源を供給する冗長化電源装置である。負荷装置が3重またはそれ以上に多重化された電源系統を有する場合には、第1の電源系統31に相当する電源系統を1つ又は2つ以上追加して備える。つまり、その多重の程度に応じて、1つ以上の第1の電源系統を追加する。この場合、電源系統の追加数に応じて、それと同じ数またはそれ以下の数のバッテリ及びDC/ACインバータを追加してもよい。
The UPS
上記実施形態のUPS装置10では、冗長化構成を有する負荷装置40の電源構成に対応して2系統の電源系統31、32を有する。このため、一方の電源系統が、電源遮断器のトリップなどにより給電不能に陥っても、他方の正常な電源系統から電源が供給できる冗長構成を採用する。同時に、UPS装置10のコスト、サイズ及び重量の増加を抑えるために、インバータ及びバッテリは冗長化せずにUPS装置を構成している。
The UPS
上記構成を有するUPS装置10は、以下のような機能を有する。常時は、各電源系統31、32の主電源系統14、24は、分電盤43から供給される商用電源から電源を受け、AC/DCコンバータ13、23、DC/ACインバータ34、及び、無瞬断切換装置18、28を経由して、負荷装置40の電源モジュール41、42にそれぞれ電源を供給する。AC/DCコンバータ13、23から供給されるDC電源の一部は、バッテリ33に貯えられる。
The UPS
電源遮断器11、21は、通常時には商用電源が供給されて、UPS装置10の第1及び第2の電源系統31、32に商用電源を供給し、また、過電流発生時にトリップして、UPS装10の内部回路、及び、負荷装置40の内部回路を保護する。AC/DCコンバータ13、23は、商用電源を直流に変換して、その出力をバッテリ33及びDC/ACインバータ34に供給する。バッテリ33は、通常時はAC/DCコンバータ13、23の直流出力によって充電されており、商用電源の停電時には、DC/ACインバータ34に直流電流を供給する。インバータ34は、通常時はAC/DCコンバータ13、23から給電される直流電流を交流電流に変換して出力する。また、商用電源の停電などの際には、バッテリ33からの直流電流を交流電流に変換して出力する。
The
無瞬断切換装置16、26は、通常時は、第1の入力端子に供給されるDC/ACインバータ34の出力である交流電源を選択して出力し、異常時には、切換制御部17、27の制御に従って、第2の入力端子に供給される商用電源を選択して出力し、それぞれ負荷装置40の電源モジュール41、42に給電する。切換制御部17、27は、無瞬断切換装置16、26の出力ライン18、28を常時監視し、それぞれの電源系統31、32の電源を、DC/ACインバータ34の出力、又は、バイパスライン15、25の出力に切り換える。例えば、無瞬断切換装置16、26の出力ライン18、28に過電流が発生した場合には、バイパスライン15、25に切り換え、それ以外の通常時はインバータ出力に切り換える。
The
上記実施形態のUPS装置について、障害の発生に対応する動作について更に詳細に説明する。まず、通常時には、分電盤43に商用電源が供給されており、UPS装置10の双方の電源系統31、32には電源ライン11、21を経由して商用電源が供給される。商用電源は、AC/DCコンバータ13、23、インバータ34、無瞬断切換装置16、28、及び出力ライン18、28を経由して、負荷装置40の第1及び第2の電源モジュール41、42にそれぞれ供給される。
The operation corresponding to the occurrence of a failure in the UPS device of the above embodiment will be described in more detail. First, at a normal time, commercial power is supplied to the distribution board 43, and commercial power is supplied to both
負荷装置40の電源投入に際して、負荷装置40の大きな始動電流により、無瞬断切換装置16、26の出力ライン18、28に一時的に過電流が流れることがある。この場合には、切り換え制御部17、27がこの過電流を検出し、無瞬断切換装置16、26を制御して、その負荷電流をバイパスライン15、25に切り換える。これによって、UPS装置10の内部回路を大きな過電流から保護する。過電流から通常電流に復帰すると、切換制御部17、27は、再び無瞬断切換装置16、26を制御して、DC/ACインバータ34の出力に切り換える。
When the
UPS装置10の出力ライン18、28に過電流が発生すると、切換制御部17、27は、対応する無瞬断切換装置16、26のみをバイパスライン15、25の出力に切り換える。負荷装置40の始動電流に起因する過電流は、双方の出力ライン18、28で同時に発生すると考えられる。従って、この場合には、双方の電源系統31、32でバイパスライン15、25への切換が発生すると考えられる。しかし、電源モジュール41、42の短絡故障などの場合には、過電流は一方の出力ライン18、28でのみ発生すると考えられ、この場合には一方の電源系統のみがバイパスラインに切り換えられる。
When an overcurrent occurs in the
電源遮断器12、22の電流容量を越える過電流が発生する場合には、過電流が発生した一方の電源遮断器12、22が遮断し、他方の電源遮断器はそのまま電源供給を継続する。この場合には、バッテリ33は、AC/DCコンバータ14、24によって充電されており、その後に商用電源が停電しても、バッテリ給電に切り換えたバックアップ運転が可能である。
When an overcurrent exceeding the current capacity of the
第1の電源系統31のAC/DCコンバータ13に故障が発生した場合には、その故障したAC/DCコンバータ13を停止し、バイパスライン15に切り換えて、第1の電源モジュール41に電源を供給する。この場合にも、バッテリ33には、他方のコンバータ23から充電が行われており、その後に商用電源が停電しても、バッテリ33からの給電によってバックアップ運転が可能である。
When a failure occurs in the AC /
DC/ACインバータ34が故障すると、或いは、双方のAC/DCコンバータ13、23が故障すると、双方の電源系統31、32のバイパスライン15、25を経由した給電が行われる。この場合には、分電盤43からの商用電源をそのままUPS装置10のAC出力として給電を継続し、負荷装置40に電源を供給する。この場合には、その後に停電が発生すると、バッテリ33を利用してのパックアップ運転はできない。
When the DC /
以上説明したように、上記実施形態のUPS装置は、以下に記載するような効果を奏する。第1の効果は、バッテリ及びインバータを双方の電源系統で共通としているので、冗長化UPS装置のコスト、サイズ及び重量を抑えることである。第2の効果は、AC/DCコンバータを冗長化しているので、一方のAC出力がバイパスラインに切り換わっても、或いは、一方の電源遮断器がトリップした場合でも、残りの正常なAC/DCコンバータを含む電源系統によって、AC出力の給電が継続でき、バッテリの充電が行われるので、その後に停電が発生しても、バッテリによるバックアップが可能なことである。第3の効果は、常時にインバータ給電を行うので、電源装置や負荷装置に障害が発生した場合に無瞬断でのバックアップが可能である。 As described above, the UPS device of the above embodiment has the following effects. The first effect is to reduce the cost, size, and weight of the redundant UPS device because the battery and the inverter are common to both power supply systems. The second effect is that the AC / DC converter is made redundant, so that even if one AC output switches to the bypass line or one power breaker trips, the remaining normal AC / DC Since the power supply system including the converter can continue to supply AC output and the battery is charged, the battery can be backed up even if a power failure occurs thereafter. The third effect is that the inverter power is always supplied, so that backup without interruption is possible when a failure occurs in the power supply device or the load device.
以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明のUPS装置は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。また、本発明の好適な態様として記載した各構成や実施形態で記載した各構成については、本発明の必須の構成と共に用いることが好ましいが、単独であっても有益な効果を奏する構成については、必ずしも本発明の必須の構成として説明した全ての構成と共に用いる必要はない。 Although the present invention has been described based on the preferred embodiment, the UPS device of the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications and changes can be made from the configuration of the above embodiment. Those applied are also included in the scope of the present invention. In addition, each configuration described as a preferred aspect of the present invention or each configuration described in the embodiment is preferably used together with the essential configuration of the present invention, but about a configuration that exhibits a beneficial effect even when used alone. However, it is not always necessary to use all the configurations described as the essential configurations of the present invention.
本発明のUPS装置は、入力電源系統が冗長化された負荷装置の無停電電源装置として利用できる。 The UPS device of the present invention can be used as an uninterruptible power supply for a load device in which an input power supply system is made redundant.
10:UPS装置(無停電電源装置)
11、21:電源ライン
12、22:入力遮断器(入力ブレーカ)
13、23:AC/DCコンバータ
14、24:主電源系統
15、25:バイパスライン
16、26:無瞬断切換装置
17、27:制御部
18、28:出力ライン
33:バッテリ
34:DC/ACインバータ
40:負荷装置
41、42:電源モジュール
43:分電盤
50:UPS装置
51、53:過電流検出部
52:第1の電源系統
54:第2の電源系統
55:切替部
56:バッテリ
57:AC/DCコンバータ
58:インバータ
60:負荷装置
10: UPS device (uninterruptible power supply)
11, 21:
13, 23: AC /
Claims (3)
バッテリ及び該バッテリから直流電源が供給されるDC/AC変換器を有する共通電源部分と、
第1及び第2の入力端子と前記第1の入力電源系統に接続された出力端子とを有する第1の切換えスイッチと;第1の電源遮断器と第1のAC/DC変換器とを経由して前記バッテリに直流電源を供給し、且つ、該バッテリから前記DC/AC変換器を経由して前記第1の切換えスイッチの前記第1の入力端子に交流電源を供給する第1の主電源系統と;前記第1の電源遮断器から前記第1の電源切換えスイッチの第2の入力端子に交流電源を供給する第1のバイパス電源系統と;前記第1の切換えスイッチの出力端子を前記第1の入力端子又は前記第2の入力端子の何れかに切り換えて接続する第1の切換制御部とを備える第1の電源系統と、
第1及び第2の入力端子と前記第2の入力電源系統に接続された出力端子とを有する第2の切換えスイッチと;第2の電源遮断器と第2のAC/DC変換器とを経由して前記バッテリに直流電源を供給し、且つ、該バッテリから前記DC/AC変換器を経由して前記第2の切換えスイッチの前記第1の入力端子に交流電源を供給する第2の主電源系統と;前記第2の電源遮断器から前記第2の電源切換えスイッチの第2の入力端子に交流電源を供給する第2のバイパス電源系統と、前記第2の切換えスイッチの出力端子を前記第1の入力端子又は前記第2の入力端子の何れかに切り換えて接続する第2の切換制御部とを備える第2の電源系統と、
を備えることを特徴とする無停電電源装置。 In an uninterruptible power supply for supplying power to a load device having a redundant input power supply system including a first and a second input power supply system,
A common power supply portion having a battery and a DC / AC converter to which direct current power is supplied from the battery;
A first changeover switch having first and second input terminals and an output terminal connected to the first input power supply system; via a first power circuit breaker and a first AC / DC converter A first main power source for supplying a DC power source to the battery and supplying an AC power source from the battery to the first input terminal of the first changeover switch via the DC / AC converter. A first bypass power supply system that supplies AC power from the first power breaker to a second input terminal of the first power supply switch; and an output terminal of the first switch is connected to the first power switch. A first power supply system including a first switching control unit that switches to and connects to one of the input terminals of the first input terminal or the second input terminal;
A second changeover switch having first and second input terminals and an output terminal connected to the second input power supply system; via a second power circuit breaker and a second AC / DC converter A second main power source for supplying a DC power source to the battery and supplying an AC power source from the battery to the first input terminal of the second changeover switch via the DC / AC converter. A second bypass power supply system for supplying AC power from the second power circuit breaker to a second input terminal of the second power supply switch, and an output terminal of the second switch switch for the second A second power supply system including a second switching control unit that switches to and connects to one of the input terminals of the first input terminal or the second input terminal;
An uninterruptible power supply comprising:
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