JP2009303419A - 無停電電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な回路構成で、一旦商用電源に切換えることなく２台のＵＰＳを切換えることが可能な無停電電源システムを提供する。
【解決手段】２台の無停電電源装置１０、２０と、２台の無停電電源装置の出力母線を連絡するスイッチ８０と、各々の無停電電源装置の出力電圧を入力とし、一方の出力電圧の周波数及び位相が他方の出力電圧の周波数及び位相と同期するように一方の無停電電源装置の出力を制御する同期制御回路５０と、各々の無停電電源装置の出力電流を入力とし、互いの出力電流がバランスするように２台の無停電電源装置の出力電圧及び位相を制御する電流誤差制御回路６０とでシステムを構成し、同期制御回路５０に開始指令が与えられ、同期制御回路５０が動作して互いの位相の同期が確認されたとき、スイッチ８０が閉路すると共に電流誤差制御回路６０が作動し、２台の無停電電源装置を並列運転する。
【選択図】図１

Description

この発明は無停電電源システムに係り、特に商用電源が異常になっても安定した電力を負荷に給電を継続できる無停電電源システムに関する。

従来より、２台の無停電電源装置（ＵＰＳ）とこれらの２台のＵＰＳの夫々の負荷への給電を相互に切換えることが可能な負荷分電盤で構成された無停電電源システムが使用されている。このような無停電電源システムにおいては、ＵＰＳが故障したとき、あるいはＵＰＳの保守を行なうときに商用電源から直接負荷給電を行なえるようにするためにバイパス切換え回路を設けるのが通常である。このバイパス切換え回路によってＵＰＳの出力と商用電源の出力をスムースに切換えるためには同期検出によるＵＰＳ出力の同期制御が必要となる。

近年、２台のＵＰＳを用いた無停電電源システムにおいて、２組の同期制御回路を有するバイパス切換え回路及び負荷分電盤を組み合わせてフレキシブルに給電系と負荷を選択切換え可能な無停電電源システムが提案されている（例えば特許文献１参照。）。
特開２００２−２７６８４号公報（第３−５頁、図１）

特許文献１で提案された手法によって２台のＵＰＳを切換える場合、負荷を停止するか、一旦商用電源に切換える必要があったため、商用電源に切換えている期間に商用電源が停電することによって負荷が停止するという大きなリスクがあった。一旦商用電源に切換えることなく２台のＵＰＳを切換える手法として、高速切換装置を用いることによりこれを解決できるが、高速切換装置は回路構成が複雑で非常に高価であるばかりでなく、通常給電時の高速切換装置の過負荷耐量や信頼性にも課題があった。

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、比較的簡単な回路構成で、一旦商用電源に切換えることなく２台のＵＰＳを切換えることが可能な無停電電源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、本発明の第１の発明である無停電電源システムは、各々が商用電源を入力とし、常時はその出力を夫々の負荷に給電する２台の無停電電源装置と、
前記２台の無停電電源装置の出力母線を連絡するスイッチと、前記各々の無停電電源装置の出力電圧を入力とし、一方の前記出力電圧の周波数及び位相が他方の前記出力電圧の周波数及び位相と同期するように一方の無停電電源装置の出力を制御する同期制御回路と、
前記各々の無停電電源装置の出力電流を入力とし、互いの出力電流がバランスするように前記２台の無停電電源装置の出力電圧及び位相を制御する電流誤差制御回路とを具備し、
前記同期制御回路に同期制御開始指令が与えられ、前記同期制御回路が動作して互いの無停電電源装置の前記同期状態が確認されたとき、前記スイッチが閉路すると共に前記電流誤差制御回路が作動し、前記２台の無停電電源装置を並列運転するようにしたことを特徴としている。

また、本発明の第２の発明である無停電電源システムは、各々が商用電源を入力とする複数台の無停電電源装置の出力を並列接続し、常時はその出力が夫々の負荷に給電される並列システム２組と、前記２組の並列システムの出力母線を連絡するスイッチと、前記各々の並列システムの出力電圧を入力とし、一方の前記出力電圧の周波数及び位相が他方の前記出力電圧の周波数及び位相と同期するように一方の並列システムを構成する無停電電源装置の出力を制御する同期制御回路と、前記各々の無停電電源装置に対応して設けられ、常時は各並列システム内の無停電電源装置の互いの出力電流がバランスするように制御し、並列システム制御時には他方の並列システムの無停電電源装置の出力電流情報が入力され、互いの並列システムの出力電流もバランスするように前記各々の無停電電源装置の出力電圧及び位相を制御する電流誤差制御回路とを具備し、前記同期制御回路に同期制御開始指令が与えられ、前記同期制御回路が動作して互いの並列システムの前記同期状態が確認されたとき、前記スイッチが閉路すると共に前記電流誤差制御回路の並列システム制御が作動し、前記２組の並列システムを並列運転するようにしたことを特徴としている。

この発明によれば、比較的簡単な回路構成で、一旦商用電源に切換えることなく２台のＵＰＳを切換えることが可能な無停電電源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、この発明の実施例１に係る無停電電源システムを図１のシステム構成図に基づいて説明する。図１において、ＵＰＳ−＃ＡであるＵＰＳ１０は商用電源１１を入力とし、コンバータによって直流に変換したあと再びインバータによって商用電源１１とほぼ同期した交流出力を出力して負荷９０Ａに給電する。このＵＰＳ１０はバイパス用電源である商用電源１２を入力とし、ＵＰＳ１０の出力をこの商用電源１２側に切換えるバイパス切換回路を有している。

同様にＵＰＳ−＃ＢであるＵＰＳ２０は商用電源２１を入力とし、コンバータによって直流に変換したあと再びインバータによって商用電源２１とほぼ同期した交流出力を出力して負荷９０Ｂに給電する。このＵＰＳ２０もバイパス用電源である商用電源２２を入力とし、ＵＰＳ２０の出力をこの商用電源２２側に切換えるバイパス切換回路を有している。また、これらのＵＰＳのインバータの直流入力部には夫々蓄電池が接続され、商用電源１１または２１が停電となっても負荷給電を継続できるように構成されている。

ＵＰＳ１０及びＵＰＳ２０の出力電圧は同期制御回路５０に与えられる。この同期制御回路５０は、同期制御指令スイッチ５１の出力で動作し、内部に設けられた図示しない位相同期ループ回路によってＵＰＳ２０のインバータ出力周波数及び位相をＵＰＳ１０の出力周波数及び位相に同期させる。

負荷９０Ａと負荷９０Ｂの入力である各々のＵＰＳの出力母線は、母線連絡スイッチ８０によって接続可能な構成となっており、この母線連絡スイッチ８０は同期制御回路５０による同期制御が完了したときに投入される。

ＵＰＳ１０及びＵＰＳ２０の夫々のインバータ出力電流は個別に電流検出器で検出され、夫々電流誤差制御選択スイッチ８１、８２を介して電流誤差制御回路６０に与えられる。この電流誤差制御回路６０は母線連絡スイッチ８０が投入された状態で電流誤差制御選択スイッチ８１、８２を投入することによって動作し、２つのＵＰＳの出力電流がバランスするように制御する。ここで出力電流をバランスさせるということは、２つのＵＰＳの出力電流の横流分がゼロとなって負荷分担が均等になるようにインバータの位相及び電圧を制御するということである。尚、横流分の制御は有効分と無効分の両方を行う必要があるため、２つのＵＰＳの出力電圧信号が電流誤差制御回路６０に与えられている。

次に動作について説明する。通常、ＵＰＳ１０とＵＰＳ２０は、夫々のインバータから、夫々の負荷９０Ａ、９０Ｂに安定した電力を供給している。この状態で例えばＵＰＳ２０の保守点検のためＵＰＳ２０を停止する場合を考える。

まず、同期制御指令スイッチ５１を押すことにより同期検出及び同期制御を行なう同期制御回路５０を動作させる。そしてＵＰＳ１０とＵＰＳ２０の出力の同期が取れていることが確認されると、自動的に母線連絡スイッチ８０、電流誤差制御選択スイッチ８１、８２が投入される。そして、電流誤差制御回路６０が動作することによってＵＰＳ１０とＵＰＳ２０が均等に負荷分担して並列運転状態になった後、ＵＰＳ２０を停止する。予めＵＰＳ１０の出力容量を確保しておけば、この状態で負荷９０Ｂは負荷９０Ａと共にＵＰＳ１０からの給電が継続される。尚上記において、ＵＰＳ２０の保守停止を行なうシーケンスを予め設け、例えば横流が所定値以下となったことによって並列運転状態を検出するようにすれば、自動的にＵＰＳ２０を停止することが可能となる。

また、負荷分担して並列運転状態になった後、システムとしてＵＰＳ２０を停止せずに運転を継続すれば、２台のＵＰＳから、負荷９０Ａ、９０Ｂに給電を継続することができるので給電信頼性が高い並列冗長システムを構成することが可能となる。

図２は本発明の実施例２に係る無停電電源システムのシステム構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る無停電電源システムのシステム構成図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２が実施例１と異なる点は、図１におけるＵＰＳ１０を２台のＵＰＳ１０Ａ及び１０Ｂから成る並列システムに、同様にＵＰＳ２０を２台のＵＰＳ２０Ａ及び２０Ｂからなる並列システムに置き換えた点である。

このようにすることにより、商用電源１１Ａを入力とするＵＰＳ１０Ａと商用電源１１Ｂを入力とするＵＰＳ１０Ｂの出力は接続され、Ａ系の並列システムとして商用電源１２からのバイパス切換えを行うために設けられた出力切換盤７０Ａを介して負荷９０Ａに給電するシステムが構成される。同様に、商用電源２１Ａを入力とするＵＰＳ２０Ａと商用電源２１Ｂを入力とするＵＰＳ２０Ｂの出力は接続され、Ｂ系の並列システムとして商用電源２２からのバイパス切換えを行うために設けられた出力切換盤７０Ｂを介して負荷９０Ｂに給電するシステムが構成される。尚、負荷９０Ａ、負荷９０Ｂの入力側には夫々負荷分電盤４０Ａ、４０Ｂが設けられており切換スイッチによってＢ系とＡ系の両方の並列システムから給電切換が可能なように構成されている。

ＵＰＳ１０Ａ及びＵＰＳ１０Ｂの各々に対応して夫々電流誤差制御回路６０Ａ、６０Ｂが設けられ、常時は実施例１で説明した電流誤差制御回路６０と同様にＵＰＳ１０Ａ、ＵＰＳ１０Ｂの夫々の出力電流の横流分がゼロになるように電流バランスの制御を行ってＡ系の並列システムを成立させている。同様に、ＵＰＳ２０Ａ及びＵＰＳ２０Ｂの各々に対応して夫々電流誤差制御回路６０Ｃ、６０Ｄが設けられ、Ｂ系の並列システムを成立させている。そして、電流誤差制御選択スイッチ８１、８２が投入されたとき、Ａ系の電流信号はＢ系の電流誤差制御回路に、逆にＢ系の電流信号はＡ系の電流誤差制御回路に与えられ、全体のシステムとしてＡ系とＢ系間の横流がゼロになるように制御することが可能な構成となっている。尚、図２における各々の電流誤差制御回路は、出力電圧を制御する機能が必要となるため、電圧制御出力は夫々の電圧基準信号に追従するように記述した。

この実施例２の動作は基本的に実施例１の動作と同様である。すなわち、同期制御指令スイッチ５１の信号を受け、同期制御回路５０を動作させる。そして同期制御回路５０はＡ系とＢ系の周波数及び位相が同期するようにＢ系のＵＰＳ２０Ａ、２０Ｂのインバータを制御する。同期が確認されると自動的に母線連絡スイッチ８０、電流誤差制御選択スイッチ８１、８２が投入される。そして、上述したように電流誤差制御回路６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄが各々動作することによってＡ系、Ｂ系共夫々の系内の電流バランスを維持しながらＡ系とＢ系が均等に負荷分担して並列運転状態となる。これにより、負荷分電盤４０Ａ、４０ＢにおけるＡ系及びＢ系の入力スイッチをラップさせても横流が流れることはなく、従って安定してＡ系とＢ系の給電を切換えることが可能となる。

図３は本発明の実施例３に係る無停電電源システムのシステム構成図である。この実施例３の各部について、図２の本発明の実施例２に係る無停電電源システムのシステム構成図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３が実施例２と異なる点は、負荷分電盤４０Ａ、４０Ｂに夫々設けられた同期指令押しボタンスイッチ４７Ａ、４７Ｂの出力をＯＲ回路５５を介して同期制御回路５０に同期制御指令として与えるように構成した点、負荷分電盤４０ＡのＡ系及びＢ系の入力スイッチ４５Ａ、４６Ａの補助接点をＡＮＤ回路５２Ａに与え、負荷分電盤４０ＢのＡ系及びＢ系の入力スイッチ４５Ｂ、４６Ｂの補助接点をＡＮＤ回路５２Ｂに与え、そしてＡＮＤ回路５２Ａ及びＡＮＤ回路５２Ｂの出力をＯＲ回路５３に与え、このＯＲ回路５３の出力と同期制御回路５０の出力をＡＮＤ回路５４に与えてＡＮＤ回路５４の出力で並列運転の制御を開始するように構成した点である。

このように構成することによって、同期制御指令が与えられている状態において、分電盤４０Ａまたは４０Ｂの入力スイッチが、Ａ系及びＢ系間でラップしている期間だけＡ系及びＢ系を並列運転させ、上記入力スイッチによる切換動作が完了したとき、自動的に並列運転を解除することが可能となる。従ってこの実施例３によれば、より安定して確実に切換え動作を行なうことができる。

以上説明した実施例１乃至実施例３において、バイパス切換回路を設ける構成としているが、このバイパス切換回路の有無に拘らず本発明は有効である。また、実施例２及び実施例３においては、Ａ系及びＢ系の並列システムを構成するＵＰＳを２台として説明したが、３台以上の場合も本発明は有効であることは明らかである。

本発明の実施例１に係る無停電電源システムを示すシステム構成図。 本発明の実施例２に係る無停電電源システムを示すシステム構成図。 本発明の実施例３に係る無停電電源システムを示すシステム構成図。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ、２０、２０Ａ、２０Ｂ ＵＰＳ（無停電電源装置）
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１２、２１、２１Ａ、２１Ｂ、２２ 商用電源、
４０Ａ、４０Ｂ 負荷分電盤
４５Ａ、４５Ｂ、４６Ａ、４６Ｂ 入力スイッチ
４７Ａ、４７Ｂ 同期指令押しボタンスイッチ
５０ 同期制御回路
５１ 同期制御指令スイッチ
５２Ａ、５２Ｂ ＡＮＤ回路
５３ ＯＲ回路
５４ ＡＮＤ回路
５５ ＯＲ回路
６０、６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ 電流誤差制御回路
７０Ａ、７０Ｂ 出力切換盤
８０ 母線連絡用スイッチ
８１、８２ 電流誤差制御選択スイッチ
９０Ａ、９０Ｂ 負荷

Claims (4)

1. 各々が商用電源を入力とし、常時はその出力を夫々の負荷に給電する２台の無停電電源装置と、
   前記２台の無停電電源装置の出力母線を連絡するスイッチと、
   前記各々の無停電電源装置の出力電圧を入力とし、一方の前記出力電圧の周波数及び位相が他方の前記出力電圧の周波数及び位相と同期するように一方の無停電電源装置の出力を制御する同期制御回路と、
   前記各々の無停電電源装置の出力電流を入力とし、互いの出力電流がバランスするように前記２台の無停電電源装置の出力電圧及び位相を制御する電流誤差制御回路と
   を具備し、
   前記同期制御回路に同期制御開始指令が与えられ、前記同期制御回路が動作して互いの無停電電源装置の前記同期状態が確認されたとき、
   前記スイッチが閉路すると共に前記電流誤差制御回路が作動し、前記２台の無停電電源装置を並列運転するようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
2. 各々が商用電源を入力とする複数台の無停電電源装置の出力を並列接続し、常時はその出力が夫々の負荷に給電される並列システム２組と、
   前記２組の並列システムの出力母線を連絡するスイッチと、
   前記各々の並列システムの出力電圧を入力とし、一方の前記出力電圧の周波数及び位相が他方の前記出力電圧の周波数及び位相と同期するように一方の並列システムを構成する無停電電源装置の出力を制御する同期制御回路と、
   前記各々の無停電電源装置に対応して設けられ、常時は各並列システム内の無停電電源装置の互いの出力電流がバランスするように制御し、並列システム制御時には他方の並列システムの無停電電源装置の出力電流情報が入力され、互いの並列システムの出力電流もバランスするように前記各々の無停電電源装置の出力電圧及び位相を制御する電流誤差制御回路と
   を具備し、
   前記同期制御回路に同期制御開始指令が与えられ、前記同期制御回路が動作して互いの並列システムの前記同期状態が確認されたとき、
   前記スイッチが閉路すると共に前記電流誤差制御回路の並列システム制御が作動し、前記２組の並列システムを並列運転するようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
3. 各々の前記負荷の入力側に何れの前記並列システムからの給電も可能とする負荷分電盤を設け、
   給電切換えを行なう期間だけ、２組の前記並列システムを並列運転することにより無瞬断かつ安定な給電切換えを可能としたことを特徴とする請求項２に記載の無停電電源システム。
4. 前記同期制御回路が動作して互いの並列システムの前記同期状態を確認し、前記負荷分電盤が両方の前記並列システムからの給電をラップして選択したとき、前記２組の並列システムを並列運転し、
   前記負荷分電盤が何れかの前記並列システムからの給電を停止したとき、前記並列運転の動作を停止させるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の無停電電源システム。

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