JP2008067491A - 共通予備無停電電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】予備用ＵＰＳ用の蓄電池を省き、常時は常用ＵＰＳと予備用ＵＰＳを切り離した状態で運転することが可能な小型で信頼性の高い共通予備ＵＰＳシステムを提供する。
【解決手段】順変換器と、逆変換器と、商用電源から負荷給電を継続させるためのバイパス切換回路を備えた複数台の常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂと、商用電源の停電時に複数台の常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの逆変換器６Ａ、６Ｂ夫々に直流電力を供給する複数台のエネルギー蓄積部１２Ａ、１２Ｂと、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂと同一の構成から成る１台の予備用ＵＰＳ１Ｃと、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂのうちの１台が故障や点検のため停止したとき予備用ＵＰＳから負荷給電を継続するための第１の切換手段と、複数台のエネルギー蓄積部１２Ａ，１２Ｂの夫々と予備用ＵＰＳ１Ｃの逆変換器６Ｃの入力の間に設けられた直流開閉器複数台から成る第２の切換手段とを備える構成とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、停電時のバッアップ電源として、常時負荷に給電する複数台の常用無停電電源装置と常用無停電電源装置に万一故障や点検が発生した場合のバックアップとして構成された予備用無停電電源装置から成る共通予備無停電電源システムに関するものである。

従来から、瞬間的な停電も許容されない例えばコンピュータ等の重要負荷の電源として無停電電源装置（以下単にＵＰＳと称する。）が用いられており、更に３６５日２４時間通常の運用並びに点検時にも、ＵＰＳによる連続給電が求められる場合には、常時負荷に給電する複数台の常用ＵＰＳと、常用ＵＰＳに万一故障が発生した場合や点検を行う場合にも負荷に対してＵＰＳから給電するために設けられた予備用ＵＰＳから成る所謂共通予備無停電電源システムが信頼性の高いシステムとして用いられている。

共通予備無停電電源システムでは、一般的に複数台の常用ＵＰＳに対し予備用ＵＰＳは１台で構成される。

通常のＵＰＳは、商用電源から交流が入力され、交流入力遮断器を介して順変換器で直流に変換し、さらに逆変換器で再び交流に逆変換して交流出力遮断器を介して、安定した交流出力を負荷に供給するように構成されている。また、順変換器は直流入力遮断器を介してエネルギー蓄積部である蓄電池に直流エネルギーを蓄える。

商用電源に停電が生ずると、上記蓄電池に蓄えられた直流エネルギーを逆変換器に供給することにより交流出力を負荷に連続して供給する。また、順変換器または逆変換器に万一故障が発生した場合にも負荷に連続して交流出力を供給するために、前記商用電源またはこれとは別のバイパス入力電源をバイパス遮断器を介して供給するバイパス回路を設け、サイリスタとコンタクタから成る無瞬断切換回路によって負荷への入力を無瞬断で切り換えるように構成している。

又、常用ＵＰＳの内部回路の保守点検を負荷への給電を継続しながら行うことができるように、バイパス回路のバイパス遮断器の一次側から保守点検用の保守バイパス回路を分岐し、保守バイパス用遮断器を介して負荷に給電するルートを設ける。この保守バイパス回路による保守点検時は、保守バイパス用遮断器がオン、交流出力遮断器がオフとなる。

以上のように構成された共通予備ＵＰＳシステムは、複数台の常用ＵＰＳと常用ＵＰＳ１台分の予備用ＵＰＳから構成され、夫々のＵＰＳにはエネルギー蓄積部として蓄電池が接続される。一般的に、予備用ＵＰＳを常用ＵＰＳ１台分の容量としている理由は、複数台の常用ＵＰＳが同時に故障する確率は極めて小さいことによるものである。

又、各ＵＰＳに接続されたエネルギー蓄積部としての蓄電池は必要とする停電補償時間により容量が決定され、一般的には常用ＵＰＳ並びに予備用ＵＰＳ共に同一の容量が採用される。

これは、常用ＵＰＳ１台が故障もしくは点検中の場合には、その負荷に対して予備用ＵＰＳから負荷給電するため、予備用ＵＰＳに接続されるエネルギー蓄積部の蓄電池容量も常用ＵＰＳと同一の容量とする必要があるからである。

しかしながら、上記のシステム構成においては予備用ＵＰＳの蓄電池が使用されるのは常用ＵＰＳが停止した場合であり、全ての常用ＵＰＳの蓄電池と予備用ＵＰＳの蓄電池が同時に負荷給電のためにその直流エネルギーを使用することは無い。

上記の状況から、予備用ＵＰＳの蓄電池を省き、全ての常用ＵＰＳの蓄電池の各々からダイオードを介して予備用ＵＰＳの直流部に給電する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−７０８５３号公報（第７頁、図３）

特許文献１に示された方法によれば、常用ＵＰＳの余分な蓄電池エネルギーを全て予備用ＵＰＳ側で使用することが可能となるため、システム経済性は向上する。

しかしながらこの方法では、全ての常用ＵＰＳから予備用ＵＰＳに通電する方向にダイオードが必要であるためシステムが大型化するばかりでなく、常用ＵＰＳの各々と予備用ＵＰＳの直流部が常時ダイオードを介して接続された状態となり、例えば常用ＵＰＳの過電圧等の異常が予備用ＵＰＳ側に波及してシステムの信頼性を損なう恐れがある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、予備用ＵＰＳ用の蓄電池を省き、常時は常用ＵＰＳと予備用ＵＰＳを切り離した状態で運転することが可能な小型で信頼性の高い共通予備ＵＰＳシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の共通予備ＵＰＳシステムは、商用電源の交流を直流に変換する順変換器と、この順変換器の直流出力を再び交流に変換して負荷に給電する逆変換器と、前記商用電源または別電源により負荷給電を継続させるためのバイパス切換回路を備えた複数台の常用ＵＰＳと、前記商用電源の停電時に前記複数台の常用ＵＰＳの前記逆変換器夫々に直流電力を供給する複数台のエネルギー蓄積部と、前記常用ＵＰＳと同一の構成から成る１台の予備用ＵＰＳと、前記常用ＵＰＳのうちの１台が故障や点検のため停止したとき前記予備用からＵＰＳ負荷給電を継続するための第１の切換手段と、前記複数台のエネルギー蓄積部の夫々と前記予備用ＵＰＳの逆変換器の入力の間に設けられた直流開閉器複数台から成る第２の切換手段とを備えたことを特徴としている。

この発明によれば、予備用ＵＰＳ用の蓄電池を省き、常時は常用ＵＰＳと予備用ＵＰＳを切り離した状態で運転することが可能な小型で信頼性の高い共通予備ＵＰＳシステムを提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下、本発明の実施例１に係る共通予備無停電電源システムについて図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る共通予備無停電電源システムのブロック構成図である。

常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂには、商用電源２Ａ、２Ｂから夫々交流入力（商用側）３Ａ、３Ｂが入力される。この交流入力３Ａ、３Ｂを交流入力遮断器４Ａ、４Ｂを介して順変換器５Ａ、５Ｂに与え、順変換器５Ａ、５Ｂで夫々直流に変換し、さらに逆変換器６Ａ、６Ｂで再び交流に逆変換して夫々無瞬断切換回路９Ａ、９Ｂに与える。常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの出力である無瞬断切換回路９Ａ、９Ｂの出力は、夫々出力盤２１Ａ、２１Ｂ内の交流出力遮断器１０Ａ、１０Ｂを介して、安定した交流出力１５Ａ、１５Ｂを夫々負荷１６Ａ、１６Ｂに供給する。

順変換器５Ａ、５Ｂの出力は、夫々直流入力遮断器１１Ａ、１１Ｂを介して常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの外部に設けられたエネルギー蓄積部である蓄電池１２Ａ、１２Ｂに夫々接続され、通常時は蓄電池の充電を行なう。

商用電源２Ａに停電が生ずると、上記蓄電池１２Ａの直流エネルギーを逆変換器６Ａに供給することにより交流出力１５Ａを負荷１６Ａに連続して供給する。商用電源２Ｂに停電が生じたときも同様に蓄電池１２Ｂによる運転を行う。また、順変換器５Ａ、５Ｂまたは逆変換器６Ａ、６Ｂに万一故障が発生した場合にも上記と同様に負荷１６Ａ、１６Ｂに連続して交流出力２２Ａ、２２Ｂを供給するために、前記交流入力２Ａ、２Ｂとは別のバイパス交流入力２５Ａ、２５Ｂをバイパス遮断器７Ａ１、７Ｂ１を介して夫々供給するバイパス回路８Ａ、８Ｂを設け、サイリスタとコンタクタから成る無瞬断切換回路９Ａ、９Ｂによって常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの出力を夫々無瞬断で切り換えるように構成している。尚、バイパス交流入力２５Ａ、２５Ｂは後述するように予備用ＵＰＳ１Ｃの出力から供給されるが、予備用ＵＰＳ１Ｃの保守点検中にもバイパス電源を確保するため、予備用ＵＰＳ１Ｃの電源とは別の商用電源１７Ａ、１７Ｂからの交流入力をバイパス入力遮断器７Ａ２、７Ｂ２を介して夫々給電可能な回路構成としている。尚、この保守用のバイパス回路は省略することも可能である。

予備用ＵＰＳ１Ｃは、常用ＵＰＳ１Ａと同様の内部回路構成となっており、商用電源２Ｃから交流入力（商用側）３Ｃが入力され、交流入力遮断器４Ｃを介して順変換器５Ｃで直流に変換し、さらに逆変換器６Ｃで再び交流に逆変換して無瞬断切換回路９Ｃに供給する。予備用ＵＰＳ１Ｃの出力である無瞬断切換回路９Ｃの交流出力１５Ｃは予備電源分岐盤１９に供給される。また、順変換器５Ｃまたは逆変換器６Ｃに万一故障が発生したときにも連続して交流出力１５Ｃを供給するために、前記交流入力２Ｃとは別の交流電源１７Ｃからの交流入力１８Ｃをバイパス遮断器７Ｃを介して供給するバイパス回路８Ｃを設け、サイリスタとコンタクタから成る無瞬断切換回路９Ｃで予備用ＵＰＳ１Ｃの出力を無瞬断で切り換えるように構成している。

そして予備用ＵＰＳ１Ｃの逆変換器６Ｃの入力部である直流部は、直流遮断器１１Ｃ１、１１Ｃ２を介して夫々蓄電池１２Ａ、１２Ｂに接続されている。

予備用ＵＰＳ１Ｃの交流出力１５Ｃは予備電源分岐盤１９の入力となり、この予備電源分岐盤１９で交流出力１５Ｃを以下のように選択的に切換えることができるように構成している。

その１つは前述したバイパス交流入力２５Ａ、２５Ｂをバイパス遮断器７Ａ１、７Ｂ１を介してバイパス回路８Ａ、８Ｂに供給する系統であり、これは常用ＵＰＳ１Ａまたは１Ｂの故障時に用いられる。

２つ目の系統は、保守バイパス回路１３Ａ、１３Ｂを経由して出力盤２１Ａ、２１Ｂに夫々設けられた保守バイパス遮断器２０Ａ、２０Ｂを介して負荷に給電する系統であり、この系統は常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの内部回路の保守点検を負荷６Ａ、６Ｂへの給電を継続しながら行うことが可能なように設けられている。この保守バイパス回路１３Ａ、１３Ｂによる保守点検時は、保守バイパス遮断器２０Ａ、２０Ｂがオン、交流出力遮断器１０Ａ、１０Ｂがオフとなる。

尚、上記のシステム構成においては、常用ＵＰＳは常用ＵＰＳ１Ａ及び常用ＵＰＳ１Ｂの２台としているが、常用ＵＰＳが３台以上ある構成であっても良い。

以下、本発明の実施例１に係る共通予備ＵＰＳシステムの動作について図２及び図３を参照して説明する。

図２は、通常運転中に常用ＵＰＳの１台が故障したときの動作を示すフローチャートである。

常用ＵＰＳ１Ａ及び１Ｂによる通常運転中に常用ＵＰＳ１Ａが故障したとする（ＳＴ１）。通常運転中の常用ＵＰＳの故障時は予備用ＵＰＳでバックアップを行なう必要があるため、バイパス入力遮断器７Ａ１がオンとなり、無瞬断切換回路９Ａは予備用ＵＰＳ１Ｃの出力１５Ｃの給電系統を自動選択する（ＳＴ２）。次に故障を生じた常用ＵＰＳ１Ａは自動停止すると共に、交流入力遮断器４Ａ及び直流入力遮断器１１Ａをオフする（ＳＴ３）。この常用ＵＰＳ１Ａの故障停止信号によって予備用ＵＰＳ１Ｃ側の直流遮断器１１Ｃ１が自動的にオンとなる（ＳＴ４）。そして予備用ＵＰＳ１Ｃは直流遮断器１１Ｃ１を介して常用ＵＰＳ１Ａ用の蓄電池１２Ａの充電を開始する（ＳＴ５）。

以上のステップＳＴ１乃至ＳＴ５によって常用ＵＰＳ１Ａ故障時の予備用ＵＰＳ１Ｃのバックアップ運転が完了する。この状態で商用電源に停電が発生したときには、蓄電池１２Ａは直流遮断器１１Ｃ１を介して予備用ＵＰＳ１Ｃの逆変換器６Ｃに給電を継続する。

図３は、常用ＵＰＳ１台故障後に更に他の常用ＵＰＳが故障したときの動作フローチャートを示している。

図３において、常用ＵＰＳ１Ａが故障して、図２のステップＳＴ５の状態となって
予備用ＵＰＳ１Ｃによって負荷１６Ａに給電中（ＳＴ６）に２台目の常用ＵＰＳである常用ＵＰＳ１Ｂが故障したとする（ＳＴ７）。この場合には、既に予備用ＵＰＳ１Ｃは常用ＵＰＳ１Ａをバックアップ運転中であるので、バイパス入力遮断器７Ｂ２がオンとなり、無瞬断切換回路９Ｂはバイパス電源１８Ｂからの給電を自動選択する（ＳＴ８）。次に故障を生じた常用ＵＰＳ１Ｂは自動停止すると共に、交流入力遮断器４Ｂ及び直流入力遮断器１１Ｂをオフする（ＳＴ９）。この常用ＵＰＳ１Ｂの故障停止信号によって予備用ＵＰＳ１Ｃ側の直流遮断器１１Ｃ２が自動的にオンとなる（ＳＴ１０）。そして予備用ＵＰＳ１Ｃは直流遮断器１１Ｃ２を介して常用ＵＰＳ１Ｂ用の蓄電池１２Ｂの充電を開始する（ＳＴ１１）。

以上説明したように２台目の常用ＵＰＳが故障停止したときにも、当該常用ＵＰＳ用の蓄電池を予備用ＵＰＳ側に切換えるシステム構成とすれば、蓄電池の有効活用を図ることが可能となり、上記ステップＳＴ１１の状態で商用電源が停電したときの予備用ＵＰＳの運転時間を増大することが可能となる。

尚、３台目以降の常用ＵＰＳの故障についても図３に示した動作フローチャートと同様の考え方を適用しても良い。

以下、本発明の実施例２に係る共通予備無停電電源システムについて図４及び図５を参照して説明する。図４は、本発明の実施例２に係る共通予備無停電電源システムのブロック構成図である。

この実施例２の各部について、図１の実施例１に係る共通予備無停電電源システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例１が、実施例１と異なる点は、予備用ＵＰＳ１Ｃの制御電源回路１４Ｃに出力盤２１Ａの交流出力及び出力盤２１Ｂの交流出力を供給する構成とした点である。

このように、予備用ＵＰＳの制御電源を常用ＵＰＳの出力側から供給することにより、停電が生じた後復電したときの予備用ＵＰＳの立ち上げをスムースに行なうことが可能となる。この場合のシステム動作について図５を参照して説明する。

図５は、商用側交流入力停電時及び復電時の予備用ＵＰＳの動作フローチャートを示したものである。定常運転中に、交流入力（商用側）３Ａ、３Ｂ及び３Ｃが停電したときを考える（ＳＴ１）。この場合、常用ＵＰＳ１Ａ及び常用ＵＰＳ１Ｂは蓄電池１２Ａ及び蓄電池１２Ｂの直流電源から夫々給電され負荷１６Ａ及び負荷１６Ｂに交流給電を継続する（ＳＴ２）。次に予備用ＵＰＳ１Ｃは交流入力３Ｃの喪失により停止する（ＳＴ３）。この状態で交流入力（商用側）３Ａ、３Ｂ及び３Ｃが復電した場合を考える（ＳＴ４）。このとき、常用ＵＰＳ１Ａ及び常用ＵＰＳ１Ｂは夫々交流入力３Ａ及び３Ｂからの正常な給電に切換わり負荷１６Ａ及び負荷１６Ｂへの給電は継続される（ＳＴ５）。そして、予備用ＵＰＳ１Ｃは、制御電源回路１４Ｃが上記常用ＵＰＳ１Ａ及び常用ＵＰＳ１Ｂの交流出力からの給電を受けているため、制御電源が継続して確立することとなり、自動的に再起動される（ＳＴ６）。そして、予備用ＵＰＳ１Ｃが運転されたことにより、常用ＵＰＳ１Ａ及び常用ＵＰＳ１Ｂのバイパス交流入力２５Ａ及び２５Ｂを夫々供給する。

尚上記において、予備用ＵＰＳ１Ｃ用制御電源回路１４Ｃへの給電は、全ての常用ＵＰＳの出力から供給する必要はなく、特定の１台の常用ＵＰＳの出力のみから供給する構成としても良い。

本発明の実施例１に係る共通予備無停電電源システムのブロック構成図。 実施例１における常用ＵＰＳ１台故障時の動作フローチャート。 実施例１における常用ＵＰＳ１台故障時に更に他の常用ＵＰＳが故障したときの動作フローチャート。 本発明の実施例２に係る共通予備無停電電源システムのブロック構成図。 実施例２における商用入力停電時及び復電時の常用ＵＰＳの動作フローチャート。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 常用ＵＰＳ
１Ｃ 予備用ＵＰＳ
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 商用電源
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 交流入力（商用側）
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ 交流入力遮断器
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 順変換器
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ 逆変換器
７Ａ１、７Ａ２、７Ｂ１、７Ｂ２ バイパス入力遮断器
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ バイパス回路
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ 無瞬断切換回路
１０Ａ、１０Ｂ 交流出力遮断器
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ１、１１Ｃ２ 直流入力遮断器
１２Ａ、１２Ｂ 蓄電池
１３Ａ、１３Ｂ 保守バイパス回路
１４Ｃ 制御電源回路
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ 交流出力
１６Ａ、１６Ｂ 負荷
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ 商用電源
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ バイパス入力
１９ 予備電源分岐盤
２０Ａ、２０Ｂ 保守バイパス遮断器
２１Ａ、２１Ｂ 出力盤
２２Ａ、２２Ｂ 交流出力
２３Ａ、２３Ｂ 交流入力（予備用ＵＰＳ側）
２４Ａ、２４Ｂ バイパス入力遮断器（予備用ＵＰＳ側）
２５Ａ、２５Ｂ バイパス交流入力

Claims (5)

1. 商用電源の交流を直流に変換する順変換器と、
   この順変換器の直流出力を再び交流に変換して負荷に給電する逆変換器と、
   前記商用電源または別電源により負荷給電を継続させるためのバイパス切換回路
   を備えた複数台の常用ＵＰＳと、
   前記商用電源の停電時に前記複数台の常用ＵＰＳの前記逆変換器夫々に直流電力を供給する複数台のエネルギー蓄積部と、
   前記常用ＵＰＳと同一の構成から成る１台の予備用ＵＰＳと、
   前記常用ＵＰＳのうちの１台が故障や点検のため停止したとき前記予備用ＵＰＳから負荷給電を継続するために設けられた第１の切換手段と、
   前記複数台のエネルギー蓄積部の夫々と前記予備用ＵＰＳの逆変換器の入力の間に設けられた直流開閉器複数台から成る第２の切換手段と
   を備えたことを特徴とする共通予備無停電電源システム。
2. 更に、前記常用ＵＰＳまたは前記予備用ＵＰＳを保守点検するため、前記商用電源または別電源により負荷給電を継続させるための保守用バイパス切換手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の共通予備無停電電源システム。
3. 前記第２の切換手段は、
   通常運転時は全ての前記直流開閉器をオフし、
   前記複数台の常用ＵＰＳのうちの１台が故障したとき、当該故障した常用ＵＰＳ用の前記直流開閉器をオンするようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の共通予備無停電電源システム。
4. 前記複数台の常用ＵＰＳのうちの１台が故障し、当該故障した常用ＵＰＳ用の負荷を前記第１の切換手段によって前記予備用ＵＰＳ側に切換えて運転中、前記複数台の常用ＵＰＳのうちの２台目が故障したとき、当該２台目の常用ＵＰＳ用の負荷を前記バイパス切換回路によってバイパス側に切換え、
   前記第２の切換手段は、
   当該故障した２台目の常用ＵＰＳ用の前記直流開閉器をオンするようにしたことを特徴とする請求項３に記載の共通予備無停電電源システム。
5. 前記予備用ＵＰＳの制御電源は、前記複数台の常用ＵＰＳの少なくとも１台の交流出力から給電されるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の共通予備無停電電源システム。

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