JP2007228666A

JP2007228666A - 無停電電源システム

Info

Publication number: JP2007228666A
Application number: JP2006044024A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kinoshita; 雅博木下
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2026-02-21
Also published as: JP4498290B2

Abstract

【課題】商用同期運転と自走運転の切り替えにおいて、無停電電源装置間に横流が流れることを抑制する並列運転の無停電電源システムを得る。
【解決手段】いずれか１台の無停電電源装置がマスターとなり基準となる出力電圧位相制御を行い、残りの無停電電源装置がマスターの基準電圧位相に同期するように電流制御するスレーブ運転を行うものであって、マスターとなった無停電電源装置が商用同期運転が不可能となった場合は商用同期運転が可能なスレーブであった無停電電源装置がマスターとなり出力電圧位相制御を行い、商用同期運転が不可能となったマスターをスレーブ運転するように切替え、並列運転中の全無停電電源装置が商用同期運転が不可能となった場合は固定の周波数で自走モードで自走運転するマスターを決定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の無停電電源装置で構成された無停電電源システムに関するものであり、より詳細には、商用電源に無瞬断で切換るための切換回路を具備した無停電電源装置を複数台で並列運転させる無停電電源システムにあって、各々の無停電電源装置出力を同期させる同期制御回路を具備したものである。

商用電源に無瞬断で切換るための切換回路を具備した無停電電源装置においては、商用電源に同期した交流出力を発生させるための商用同期制御回路を備えている。また、高信頼性の無停電電源システムを構築させるため、複数台の無停電電源装置を並列運転することも行われる。このような並列システムにおいては、商用同期制御回路の信頼度向上を目的として、同期対象となる基準電圧を、自号機の基準電圧が異常となった場合は、他号機の基準電圧へ切替える方式が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

無停電電源装置は常時は商用電源に同期運転するが、その商用周波数に対しては同期追従範囲が設けられているのが一般的であり、この追従範囲は定格周波数に対して数％以内に設定される。この追従範囲を逸脱した場合は、商用電源停電時と同様に内部発振回路により生成される固定周波数（商用電源の定格周波数）で自走運転する。この様子を図６に示す。図６は無停電電源装置の周波数追従動作を説明するタイミングチャートである。図６に示すように商用電源周波数が周波数追従範囲内であれば、無停電電源装置の出力周波数・位相は商用に同期させて運転するが、商用電源周波数が周波数追従範囲を逸脱した場合は商用の定格周波数となるように自走運転を行う。この動作は、並列システムにおいても同様であり、特に並列システムにおいては、各々の無停電電源装置の出力電圧位相を一致させる必要がある。

特開２００４−３３６８５６号公報

しかるに、特許文献１に示された従来技術による商用同期制御回路においては、常時は各々の商用基準電圧により位相同期を行うため、周波数が擾乱するような場合は、商用同期する装置と自走する装置が混在し過大な横流が生じる可能性がある。周波数が擾乱するケースとしては、無停電電源装置へ発電機から給電する場合に生じ安く、また、高い信頼性が要求される無停電電源システムにおいては、商用電源が長期停電する場合に備え、無停電電源装置への交流入力を商用電源から自家発電機へ切換るシステムが用いられるケースが多い（後述するこの発明に係る図１参照）ため、商用同期と自走のタイミングが装置間でずれた場合は、横流が生じ並列運転が正常に出来ない恐れがある。また、周波数擾乱以外においても、商用電源の停電や復電時には、このような商用同期運転と自走運転を切り替えるケースが生じ、同様に商用同期と自走のタイミングが装置間でずれた場合は、横流が生じ並列運転が正常に出来ない恐れがある。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、商用電源の停電、復電等の過渡状態や商用電源周波数擾乱に伴なう、商用同期運転と自走運転の切り替えにおいて、無停電電源装置間に横流が流れることを抑制することができると共に、特定の無停電電源装置の商用同期基準電圧が異常となった場合でも商用同期運転を継続することができ、並列運転システムの信頼性が向上する無停電電源システムを得ることを目的とする。

この発明に係わる無停電電源システムは、商用電源に無瞬断で切換るための切換回路を具備した無停電電源装置を複数台並列同期運転する無停電電源システムにおいて、いずれか１台の無停電電源装置がマスターとなり基準となる出力電圧位相制御を行い、残りの無停電電源装置がマスターの基準電圧位相に同期するように電流制御するスレーブ運転を行うものであって、無停電電源装置毎に識別可能な番号を設定する手段と、この番号によってあらかじめマスターとなる優先順位付けがされたマスターかスレーブかの選択手段と、マスターとなった無停電電源装置が商用同期モードで商用基準電圧が異常となったりあるいは商用同期追従範囲を逸脱して商用同期運転が不可能となった場合は商用同期運転が可能なスレーブであった無停電電源装置がマスターとなり出力電圧位相制御を行い、商用同期運転が不可能となったマスターをスレーブ運転するように切替える選択手段と、並列運転中の全無停電電源装置が商用同期運転が不可能となった場合に固定の周波数で自走モードで自走運転するマスターを決定する選択手段と、各無停電電源装置におけるインバータによる負荷給電状態と商用同期モードか自走モードかの選択状況を他の無停電電源装置に伝達する情報伝達手段を備えたものである。

また、この発明に係わる無停電電源システムは、商用電源に無瞬断で切換るための切換回路を具備した無停電電源装置を複数台並列同期運転する無停電電源システムにおいて、いずれか１台の無停電電源装置がマスターとなり基準となる出力電圧位相制御を行い、残りの無停電電源装置がマスターの基準電圧位相に同期するように電流制御するスレーブ運転を行うものであって、各無停電電源装置におけるインバータによる負荷給電状態と商用同期モードか自走モードかの選択状況を得て、マスターとなる無停電電源装置を選択し、残りをスレーブ運転させるように各無停電電源装置に伝達指示する同期制御選択装置、上記同期制御選択装置からの指示によってマスター運転かスレーブ運転かを切換える各無停電電源装置に設けた同期制御回路を備え、上記同期制御選択装置は、マスターに指示した無停電電源装置が商用同期モードで商用基準電圧が異常となったりあるいは商用同期追従範囲を逸脱して商用同期運転が不可能となった場合は商用同期運転が可能なスレーブであった無停電電源装置がマスターとなり出力電圧位相制御を行い、商用同期運転が不可能となったマスターをスレーブ運転するように指示し、並列運転中の全無停電電源装置が商用同期運転が不可能となった場合に固定の周波数で自走モードで自走運転するマスターを決定し指示するようにしたものである。

この発明の無停電電源システムによれば、商用電源の停電、復電等の過渡状態や商用電源周波数擾乱に伴なう、商用同期運転と自走運転の切り替えにおいて、無停電電源装置間に横流が流れることを抑制することができると共に、特定の無停電電源装置の商用同期基準電圧が異常となった場合でも商用同期運転を継続することができ、並列運転システムの信頼性が向上する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における無停電電源システムを示す回路構成図で、３台の無停電電源装置を並列運転する場合を示す。１は商用電源であり、発電機２と遮断器３，４で切換を行うように構成され、変圧器５の一次に入力される。ここで、遮断機３、４は同時投入がされないようにインターロックがとられる。また、常時は遮断器３がオンし、商用電源１が長期停電等の異常が生じた場合は、遮断器３をオフし、遮断器４をオンし発電機２で給電され、商用電源１の復電後は商用電源１に戻すようにシステム構成される。変圧器５の二次側は、遮断器６ａ，６ｂ，６ｃを介して、無停電電源装置７ａ，７ｂ，７ｃに入力され、無停電電源装置の出力は遮断器８ａ，８ｂ，８ｃを介して並列接続され、負荷装置９に電力を給電する。

次に、無停電電源装置７ａについて説明する。コンバータ１０ａで交流から直流に電力を変換し、インバータ１２ａで直流から交流へ電力変換し、正弦波の電圧を出力する。ここで、直流回路には蓄電池１１ａが接続され、入力電源停電時には蓄電池１１ａから負荷に対して電力供給するようにインバータが動作する。次に、インバータ１２ａに異常が生じた場合に備え、インバータ出力に開閉器１３ａと商用電源に無瞬断で切換るための切換回路１４ａを設け、負荷９に対し給電継続できるように構成される。

ここで、無瞬断で商用電源側に切換るには、インバータ出力は常に商用電源に同期した位相の電圧を出力する必要があるため、商用電源電圧を電圧センサー６０ａで検出し、同期基準電圧Ｖｓａとして同期制御回路６１ａに取り込んでいる。また、並列運転時の無停電電源装置間の横流検出を行うため、無停電電源装置出力電流を電流センサー５０ａで検出し、横流検出回路５１ａに取り込み、これを他の無停電電源装置の横流検出回路５１ｂ，５１ｃに伝達すると共に、他の無停電電源装置の横流検出回路５１ｂ，５１ｃから他の無停電電源装置出力電流の伝達を受けて、横流分Δｉａを算出し、同期制御回路に取り込んでいる。なお、無停電電源装置７ｂ、７ｃについても内部構成は同様であり説明は省略する。

次に、実施の形態１の動作について説明する。図２は、実施の形態１の同期制御回路を示す構成図であり、電圧センサー６０ａで検出された商用基準電圧Ｖｓａから周波数検出回路１００で商用周波数を検出する。次に、１０１の選択スイッチ１で商用周波数に同期する商用同期モードか固定周波数で自走する自走モードかを選択する。ここで、選択スイッチ１では、図３のフローチャートで示すように商用基準電圧が停電等で異常となった場合あるいは周波数が同期追従範囲を逸脱した場合は、固定周波数側（自走モード）を選択するように動作する。図３は実施の形態１の同期制御回路の選択スイッチ１の動作を説明するフローチャートである。

次に、図２に示すように選択スイッチ１で選択された周波数側（商用同期モード側か自走モード側か）をマスターとし、横流検出回路５１ａで検出された横流分Δｉａを、並列間の位相偏差によって生じた横流分から周波数換算する周波数変換器１０２で得られる周波数成分をスレーブとし、１０３の選択スイッチ２でいずれかを選択する。次に、選択スイッチ２で選択された周波数をＰＬＬ回路１０４に入力し、インバータの出力電圧位相を得る。すなわち、マスター側を選択した場合は周波数同期を行い、スレーブ側が選択された場合は横流による電流制御で位相同期を行うように動作する。

ここで、選択スイッチ２によるマスターあるいはスレーブの選択方法を説明する。図４は実施の形態１の同期制御回路の選択スイッチ２の動作を説明するフローチャートである。選択スイッチ２では、図４に示すフローチャートで、マスター運転するかあるいはスレーブ運転するかを選択する。ここで、各無停電電源装置には、他の無停電電源装置から他の無停電電源装置のインバータによる負荷給電状態と、選択スイッチ１で得られた商用同期モードあるいは自走モードの選択状態が、同期制御回路間でインターフェースされ、互いに情報伝達されている。また、各無停電電源装置には重複しない装置番号が設定され、マスター動作を行う装置の優先順位があらかじめ設定され、図４のフローチャートに示すように例えば、無停電電源装置の設定番号が小さい方を優先して動作するように、各々の無停電電源装置が独立して判断する。

すなわち、３台並列運転（インバータ給電）中で、全無停電電源装置とも商用同期モードであれば＃１無停電電源装置がマスターとなり、他の無停電電源装置はスレーブ運転を行うように選択し、＃１無停電電源装置が基準電圧異常で商用同期モードが解除された場合は、＃２無停電電源装置がマスター運転を行い、他の無停電電源装置はスレーブ運転を行うように選択し、＃１，２無停電電源装置とも商用同期モードが解除された場合は、＃３無停電電源装置がマスター運転を行い、他の無停電電源装置はスレーブ運転を行うように選択する。また、全無停電電源装置とも商用同期モードが解除されれば、＃１無停電電源装置がマスターとなり、自走モードで運転を行うように選択する。

１台が解列された場合は、２台並列運転（インバータ給電）となるが、この場合も同様であり、商用同期モードで運転可能な無停電電源装置において設定番号が小さい無停電電源装置がマスターとなり商用同期運転を行い、他の無停電電源装置がスレーブ運転を行うように選択する。また、１台運転のみであれば、その無停電電源装置がマスター動作で運転を行うように選択する。

以上により、商用電源の停電、復電等の過渡状態や商用電源周波数擾乱に伴なう、商用同期運転と自走運転の切り替えにおいて、無停電電源装置間に横流が流れることを抑制することができると共に、特定の装置の商用同期基準電圧が異常となった場合でも商用同期運転を継続することができ、並列運転システムの信頼性が向上する。
実施の形態２．

図５は実施の形態２である無停電電源システムを示す回路構成図で、３台並列運転の場合を示す。上述の図４のフローチャートで示した選択スイッチ２の機能を持った同期制御選択装置７０を無停電電源装置以外に設け、この同期制御選択装置７０から無停電電源装置７ａ，７ｂ，７ｃの同期制御回路６１ａ，６１ｂ，６１ｃへのマスター、スレーブ選択指示によって、各無停電電源装置の同期制御回路を動作させることで、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。同期制御選択装置７０には各無停電電源装置７ａ，７ｂ，７ｃから各無停電電源装置７ａ，７ｂ，７ｃのインバータによる負荷給電状態と、選択スイッチ１で得られた商用同期モードあるいは自走モードの選択状態が、情報伝達されている。

その情報に基づいて、全無停電電源装置とも商用同期モードであれば、例えば、＃１無停電電源装置がマスターとなり、他の無停電電源装置はスレーブ運転を行うように選択指示し、＃１無停電電源装置が基準電圧異常で商用同期モードが解除された場合は、例えば＃２無停電電源装置がマスター運転を行い、他の無停電電源装置はスレーブ運転を行うように選択指示し、＃１，２無停電電源装置とも商用同期モードが解除された場合は、＃３無停電電源装置がマスター運転を行い、他の無停電電源装置はスレーブ運転を行うように選択指示する。また、全無停電電源装置とも商用同期モードが解除されれば、例えば、＃１無停電電源装置がマスターとなり、自走モードで運転を行うように選択指示する。

同期制御選択装置７０から選択指示された無停電電源装置７ａ，７ｂ，７ｃの同期制御回路６１ａ，６１ｂ，６１ｃは、その指示に従って、無停電電源装置７ａ，７ｂ，７ｃをマスター運転あるいはスレーブ運転するように自己の無停電電源装置７ａ，７ｂ，７ｃを制御する。各無停電電源装置７ａ，７ｂ，７ｃ間の優先順は同期制御選択装置７０の内部に設定しておけばよい。

なお、実施の形態では、３台並列運転を示したが、４台以上においても同等の作用効果を得ることが出来る。また優先選択を設定番号の小さい方としたが、各無停電電源装置の区別が出来れば、優先順位は適宜設計される。また、実施の形態１で示した各無停電電源装置の同期制御回路間のインターフェース、実施の形態２で示した同期制御選択装置７０と同期制御回路６１間のインターフェースは通信回路等の情報伝達手段によって適宜設計される。

この発明の実施の形態１における無停電電源システムを示す回路構成図である。実施の形態１の同期制御回路を示す構成図である。実施の形態１の同期制御回路の選択スイッチ１の動作を説明するフローチャートである。実施の形態１の同期制御回路の選択スイッチ２の動作を説明するフローチャートである。実施の形態２である無停電電源システムを示す回路構成図である。無停電電源装置の周波数追従動作を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１商用電源２発電機
３遮断器４遮断器
５変圧器６ａ，６ｂ，６ｃ遮断器
７ａ，７ｂ，７ｃ無停電電源装置８ａ，８ｂ，８ｃ遮断器
９負荷装置１０ａ，１０ｂコンバータ
１１ａ，１１ｂ蓄電池１２ａ，１２ｂインバータ
１３ａ，１３ｂ開閉器１４ａ，１４ｂ切換回路
５０ａ，５０ｂ電流センサー５１ａ，５１ｂ横流検出回路
６０ａ，６０ｂ電圧センサー６１ａ，６１ｂ同期制御回路
７０同期制御選択装置１００周波数検出回路
１０１選択スイッチ１１０２周波数変換器
１０３選択スイッチ２１０４ＰＬＬ回路

Claims

商用電源に無瞬断で切換るための切換回路を具備した無停電電源装置を複数台並列同期運転する無停電電源システムにおいて、
いずれか１台の無停電電源装置がマスターとなり基準となる出力電圧位相制御を行い、残りの無停電電源装置がマスターの基準電圧位相に同期するように電流制御するスレーブ運転を行うものであって、
無停電電源装置毎に識別可能な番号を設定する手段と、
この番号によってあらかじめマスターとなる優先順位付けがされたマスターかスレーブかの選択手段と、
マスターとなった無停電電源装置が商用同期モードで商用基準電圧が異常となったりあるいは商用同期追従範囲を逸脱して商用同期運転が不可能となった場合は商用同期運転が可能なスレーブであった無停電電源装置がマスターとなり出力電圧位相制御を行い、商用同期運転が不可能となったマスターをスレーブ運転するように切替える選択手段と、
並列運転中の全無停電電源装置が商用同期運転が不可能となった場合に固定の周波数で自走モードで自走運転するマスターを決定する選択手段と、
各無停電電源装置におけるインバータによる負荷給電状態と商用同期モードか自走モードかの選択状況を他の無停電電源装置に伝達する情報伝達手段を備えた無停電電源システム。
商用電源に無瞬断で切換るための切換回路を具備した無停電電源装置を複数台並列同期運転する無停電電源システムにおいて、
いずれか１台の無停電電源装置がマスターとなり基準となる出力電圧位相制御を行い、残りの無停電電源装置がマスターの基準電圧位相に同期するように電流制御するスレーブ運転を行うものであって、
各無停電電源装置におけるインバータによる負荷給電状態と商用同期モードか自走モードかの選択状況を得て、マスターとなる無停電電源装置を選択し、残りをスレーブ運転させるように各無停電電源装置に伝達指示する同期制御選択装置、
上記同期制御選択装置からの指示によってマスター運転かスレーブ運転かを切換える各無停電電源装置に設けた同期制御回路を備え、
上記同期制御選択装置は、マスターに指示した無停電電源装置が商用同期モードで商用基準電圧が異常となったりあるいは商用同期追従範囲を逸脱して商用同期運転が不可能となった場合は商用同期運転が可能なスレーブであった無停電電源装置がマスターとなり出力電圧位相制御を行い、商用同期運転が不可能となったマスターをスレーブ運転するように指示し、
並列運転中の全無停電電源装置が商用同期運転が不可能となった場合に固定の周波数で自走モードで自走運転するマスターを決定し指示するようにした無停電電源システム。