JP2010093884A

JP2010093884A - 無停電電源システム

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Publication number: JP2010093884A
Application number: JP2008259311A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Umezawa; 一喜梅沢
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-06
Also published as: JP5347415B2

Abstract

【課題】無停電電源装置を２組用いて形成される２系統の電源と、この２系統の電源のうちの何れか１系統の電源を選定して負荷に給電する切換盤とを備え、給電信頼性を向上させた無停電電源システムを提供する。
【解決手段】この無停電電源システムの通常状態として、交流電源１，４それぞれが健全な状態にあり、無停電電源１０，２０は母線盤３０の閉路したコンタクタ３１，３２を介して並列運転をしており、同様に、無停電電源４０，５０は母線盤６０の閉路したコンタクタ６１，６２を介して並列運転しており、例えば、第２系の無停電電源装置がこの無停電電源システムの同期状態のマスタに設定されているときには、無停電電源回路４０，５０それぞれに備える同期選択回路１５０それぞれにより、第２系の無停電電源装置の出力電圧を第２系のバイパス電源の出力電圧に同期させ、また、無停電電源回路１０，２０に備える同期選択回路１５０それぞれにより、第１系の無停電電源装置の出力電圧を第１系のバイパス電源の出力電圧に同期させた状態にする。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を複数台並列運転する無停電電源装置，複数台並列運転される電力変換回路から構成される無停電電源とバイパス電源とから形成される無停電電源装置，電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を単機運転する無停電電源装置の内の何れか２組用いて形成される２系統の電源と、この２系統の電源の内の何れか１系統の電源を選定して負荷に給電する切換盤とを備えた無停電電源システムに関する。

この種の無停電電源システムでは、各系統を電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を複数台並列運転する無停電電源装置，複数台並列運転される電力変換回路から構成される無停電電源とバイパス電源とから形成される無停電電源装置，電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を単機運転する無停電電源装置の内の何れか２組用いて形成される２系統の電源とし、一方の系統から負荷に給電し、他方の系統はバックアップ電源とすることで、この無停電電源システムの負荷への給電動作の信頼性を向上させているが、さらに、この無停電電源システムのメインテナンス作業中も含めて、年中休み無く、負荷への給電を続けることが要請されている。

この要請に対応するために、２系統の電源電圧間の位相同期制御を行い、該２系統の電源のうちの何れか１系統の電源を選定して負荷に給電する切換盤は、サイリスタを逆並列接続にした交流スイッチ（サイリスタスイッチ）からなる高速スイッチ回路で形成される高速切換盤とすることで、この無停電電源システムのメインテナンスなどの際の前記負荷への給電の切換えを、無瞬断且つショックレスに行うことができるようにしていた。

このような構成の無停電電源システムとしては、下記特許文献に記載されているものなどが知られている。
特開２００７−２１５３４４号公報

上述の従来の無停電電源システムにおいて、２系統の電源電圧間の位相同期制御を行う際には同期対象（マスタ）の無停電電源装置を固定していることから、このマスタ側のバイパス電源のみに不具合が発生し、マスタ側の無停電電源装置の出力電圧が前記バイパス電源の電圧に同期できない状態のとき、すなわち、マスタ側の無停電電源装置が内部同期状態のときにも、他系統の無停電電源装置の出力電圧はマスタ側の無停電電源装置の出力電圧に同期させていることから、双方の無停電電源装置の出力電圧は健全な他系統のバイパス電源の電圧とは非同期の状態になっている。

このような非同期の状態で動作中に、万一、負荷に過電流が発生したときなどは、この過電流が給電中の無停電電源装置に波及しないように、高速切換盤では健全な他系統のバイパス電源への給電切換が行われるが、この切換時には負荷に擾乱した電圧が印加されるという問題点があった。

この発明の目的は、上記問題点を解消するために、同期対象の系統を適宜変更することにより、この無停電電源システムから負荷への給電信頼性の向上を計った無停電電源システムを提供することにある。

この第１の発明は、電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を複数台並列運転する無停電電源装置，複数台並列運転される電力変換回路から構成される無停電電源とバイパス電源とから形成される無停電電源装置，電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を単機運転する無停電電源装置の内の何れか２組用いて形成される２系統の電源と、この２系統の電源の内の何れか１系統の電源を選定して負荷に給電する切換盤と、前記それぞれの無停電電源装置の同期状態を選択する同期選択回路とを備えた無停電電源システムにおいて、
前記同期選択回路により、同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させ、同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させた通常状態にして前記無停電電源システムが動作中に、前記同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置のバイパス電源および前記同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置のバイパス電源が共に異常のときには、前記同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置は内部同期状態に切換えて運転を継続し、前記同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧は前記内部同期状態に切換わった無停電電源装置の出力電圧に同期させるように切換えて運転を継続することを特徴とする。

第２の発明は前記無停電電源システムにおいて、
前記同期選択回路により、同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させ、同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させた通常状態にして前記無停電電源システムが動作中に、前記同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置のバイパス電源が異常で、前記同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置のバイパス電源が正常のときには、前記バイパス電源が消失した系統の前記無停電電源装置の出力電圧は同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧に同期させるように切換えて運転を継続することを特徴とする。

第３の発明は前記無停電電源システムにおいて、
前記同期選択回路により、同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させ、同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させた通常状態にして前記無停電電源システムが動作中に、前記同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置のバイパス電源が正常で、前記同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置のバイパス電源が異常のときには、前記バイパス電源が消失した系統の前記無停電電源装置の出力電圧は同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧に同期させるように切換えて運転を継続することを特徴とする。

第４の発明は前記無停電電源システムにおいて、
前記同期選択回路により、同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させ、同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させた通常状態にして前記無停電電源システムが動作中に、前記同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置のバイパス電源および前記同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置のバイパス電源が各系個別の非常用発電機にそれぞれ切換わったときには、前記同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧は該系統の前記バイパス電源の出力電圧に同期させつつ、同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧は同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧に同期させるように切換えて運転を継続することを特徴とする。

第５の発明は前記第１〜４の発明の無停電電源システムにおいて、
前記同期選択回路では自系バイパス電圧，電力変換回路の出力電圧，他系母線電圧それぞれを入力検出信号とするとともに、前記同期対象に設定する指令信号と、自系バイパス電圧，他系母線電圧それぞれの周波数および電圧レベルの判定結果と、自系バイパス電圧と電力変換回路の出力電圧との位相差の判定結果と、電力変換回路の出力電圧と他系母線電圧との位相差の判定結果とに基づいて前記切換えの動作を行わせることを特徴とする。

また、第６の発明は前記５の発明の無停電電源システムにおいて、
前記同期選択回路を各無停電電源それぞれに設けるとともに、これらの同期選択回路間の信号の授受を中継する信号中継回路を各無停電電源装置それぞれに備えたことを特徴とする。

この発明によれば、同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧に対して、通常状態では、後述の如く、同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧をほぼ同期させ、何れかのバイパス電源に不具合が生じたときには、その不具合の状態に応じて、前記同期選択回路により、同期対象の系統を適宜変更することにより、双方の無停電電源装置の出力電圧間の位相を同期させて、この無停電電源システムから負荷への給電信頼性の向上を計ることができる。

図１は、この発明の実施の形態を示す無停電電源システムの回路構成図である。

この図において、１は商用の電力系統から供給される交流電源、２は交流電源１に停電などが発生しているときのバックアップ電源としての非常用発電機、３は無停電電源装置への入力電源を交流電源１と非常用発電機３との間で切替える切替コンタクタ、同様に、４は商用の電力系統から供給される交流電源、５は交流電源４に停電などが発生しているときのバックアップ電源としての非常用発電機、６は無停電電源装置への入力電源を交流電源４と非常用発電機５との間で切替える切替コンタクタであり、交流電源１，４が共に健全な通常状態では、切替コンタクタ３，６はそれぞれ交流電源１，４側に閉路している。

また、図１に示す第１系の無停電電源装置は無停電電源１０，２０と、母線盤３０とから形成され、同様に、図示の第２系の無停電電源装置は無停電電源４０，５０と、母線盤６０とから形成されている。

この母線盤３０にはコンタクタ３１，３２と、後述の同期選択回路１５０間の信号の授受を中継する信号中継回路３３とを備え、同様に、母線盤６０にはコンタクタ６１，６２と、信号中継回路３３と同じ機能をする信号中継回路６３とを備えている。

さらに、図１に示す無停電電源システムは第１系の無停電電源装置および第２系の無停電電源装置と、負荷１への給電を第１系の無停電電源装置と第２系の無停電電源装置と間で切換える切換盤としての高速切換盤７０と、負荷２への給電を第１系の無停電電源装置と第２系の無停電電源装置と間で切換える切換盤としての高速切換盤８０と、負荷３への給電を第１系の無停電電源装置と第２系の無停電電源装置と間で切換える切換盤としての高速切換盤９０とから形成されている。

この高速切換盤７０，８０，９０それぞれは、サイリスタを逆並列接続にした交流スイッチ（サイリスタスイッチ）からなる高速スイッチ回路で形成されている。

さらに、図１に示した無停電電源システムでは無停電電源１０，２０は母線盤３０の閉路したコンタクタ３１，３２を介して並列運転をしており、同様に、無停電電源４０，５０は母線盤６０の閉路したコンタクタ６１，６２を介して並列運転をしている。

図２は、図１に示した無停電電源１０，２０，４０，５０の詳細回路構成図である。

図２において、１０１はコンタクタ、１０２はダイオード整流回路などからなるコンバータ、１０３はコンバータ１０２からの直流電圧を所望の交流電圧に変換するための半導体逆変換回路とその制御回路からなるインバータであり、このコンバータ１０２とインバータ１０３とで電力変換回路を形成している。また、１０４はコンタクタ、１０５はコンバータ１０２への入力電源に停電が発生したときに閉路して蓄電池１０６からインバータ１０３への直流電圧を供給するためにコンタクタ、１０７は図示のようにサイリスタを逆並列接続にしたサイリスタスイッチ、１０８はサイリスタスイッチ１０７がオンした直後から閉路し、サイリスタスイッチ１０７がオフする直前に開路するコンタクタ、１０９はインバータ１０３の出力電圧、すなわち、前記電力変換回路の出力電圧を検出する電圧検出器、１１０はサイリスタスイッチ１０７の入力電圧、すなわち、自系のバイパス電圧を検出する電圧検出器、１１１は他系の母線電圧を検出する電圧検出器である。

ここで、インバータ１０３を形成する制御回路では、周知の技術を用いて、無停電電源間の並列運転するための横流抑制制御なども行っている。

また、このサイリスタスイッチ１０７とコンタクタ１０８とは、コンバータ１０２，インバータ１０３などに不具合が発生してインバータ１０３から所望の交流電圧が出力できなくなったときなどにコンタクタ１０４を開路させつつ、上述のようにオン状態にして、この無停電電源の出力電圧の継続を図るために備えている。

さらに、同期選択回路１５０は電圧検出器１０９，１１０，１１１それぞれの検出信号と、信号中継回路３３または信号中継回路６３から受信した信号とに基づいて、インバータ１０３を形成する前記制御回路での後述の同期制御を行うための位相差信号などを送出している。

なお、図１，２で示した無停電電源システムにおいては、各系統は２台の無停電電源１０，２０（または４０，５０）を並列運転させ、それぞれの無停電電源にはバイパス電源を有する構成の場合を示しているが、各系統は３台以上の無停電電源による並列運転でもよいし、１台の無停電電源による単機運転としてもよい。さらに、各系統は複数台の並列運転する電力変換回路に対して１組のバイパス電源を有する構成でもよい。

図３は、図２に示した同期選択回路１５０の詳細回路構成図である。

図３において、１５１は図２に示す電圧検出器１０９により検出された前記電力変換回路の出力電圧の検出信号、すなわち、インバータ１０３の出力電圧の検出信号と、図２に示す電圧検出器１１０により検出された自系バイパス電圧の検出信号との位相差を求める位相差演算Ａ回路、１５２は電圧検出器１０９により検出されたインバータ１０３の出力電圧の検出信号と、図２に示す電圧検出器１１１により検出された他系母線電圧の検出信号との位相差を求める位相差演算Ｂ回路、１５３は後述の切換演算回路２００により、その接点の切換動作が行われ、位相差演算Ａ回路１５１又は位相差演算Ｂ回路１５２から得られる位相差信号をインバータ１０３の制御回路へ送出する切換スイッチである。

また、周波数・電圧レベル判定Ａ回路１５４は前記自系バイパス電圧の検出信号からその周波数と電圧が定格の所定値以内（例えば、前記自系バイパス電圧の周波数が定格周波数のプラスマイナス１％以内でその電圧が定格電圧のプラスマイナス１０％以内）であれば、論理レベル１「バイバス電圧正常Ａ」を出力し、他の状態では論理レベル０を出力する。さらに、同期判定Ａ回路１５５は位相差演算Ａ回路１５１から得られる位相差が所定値以内（例えば、プラスマイナス８度（電気角）以内）であれば、論理レベル１「バイバス同期Ｂ」を出力し、他の状態では論理レベル０を出力する。

同様に、周波数・電圧レベル判定Ｂ回路１５６は前記他系母線電圧の検出信号からその周波数と電圧が定格の所定値以内（例えば、前記自系バイパス電圧の周波数が定格周波数のプラスマイナス１％以内でその電圧が定格電圧のプラスマイナス１０％以内）であれば、論理レベル１「他系母線電圧正常」を出力する。同期判定Ｂ回路１５７は位相差演算Ｂ回路１５２から得られる位相差が所定値以内（例えば、プラスマイナス８度（電気角）以内）であれば、論理レベル１「他系母線同期」を出力する。

なお、この同期選択回路１５０の構成要素は全て周知の技術を用いて形成されている。

図４は、図３に示した切換演算回路２００の詳細回路構成図であり、この切換演算回路２００において、２０１〜２０７，２０９〜２１４，２１７〜２１９はアンド素子、２０８，２１５はオア素子、２１６はラッチ素子である。

図５は、図１〜４の部分詳細説明図であり、第１系無停電電源装置の無停電電源に備える同期選択回路１５０，母線盤に備える信号中継回路３３と、第２系無停電電源装置の無停電電源に備える同期選択回路１５０，母線盤に備える信号中継回路６３との間での信号の授受動作を示している。

この図では、以下に説明をするモード１〜５での切換演算回路２００の動作を解かり易くするために、第１系の同期選択回路１５０で導出された「バイパス電圧正常Ａ」，「バイパス同期Ｂ」，「母線同期追従モードＣ」それぞれは、信号中継回路３３と信号中継回路６３とを介しつつ、「他系バイパス電圧正常」，「他系バイパス同期」，「他系母線同期追従モード」として、第２系の同期選択回路１５０に伝達される。同様に、第２系の同期選択回路１５０で導出された「バイパス電圧正常Ａ」，「バイパス同期Ｂ」，「母線同期追従モードＣ」それぞれは、信号中継回路６３と信号中継回路３３とを介しつつ、「他系バイパス電圧正常」，「他系バイパス同期」，「他系母線同期追従モード」として、第１系の同期選択回路１５０に伝達される。

このとき、図１に示した無停電電源システムでは、各系統は２台の無停電電源１０，２０（または４０，５０）を並列運転させている構成であることから、無停電電源１０，２０それぞれからの「バイパス電圧正常Ａ」，「バイパス同期Ｂ」，「母線同期追従モードＣ」は信号中継回路３３内でそれぞれ論理和演算されて、信号中継回路６３側へ伝達し、同様に、無停電電源４０，５０それぞれからの「バイパス電圧正常Ａ」，「バイパス同期Ｂ」，「母線同期追従モードＣ」は信号中継回路６３内でそれぞれ論理和演算されて、信号中継回路３３側へ伝達すればよい。

図６は、図１に示した無停電電源システムにおけるバイパス電源の状態の変化に対応した第１系の無停電電源装置および第２系の無停電電源装置それぞれの同期対象と、高速切換盤７０，８０，９０での同期状態とを示すマトリックス図である。

なお、このマトリックス図では、この無停電電源システムの図示しない運転シーケンス回路からの指令により、高速切換盤７０，８０，９０それぞれは第１系の無停電電源装置側から負荷１，２，３それぞれに給電している状態に設定し、第２系の無停電電源装置は第１系の無停電電源装置に対するバックアップ電源の状態に設定している。すなわち、前記運転シーケンス回路からの指令により、第２系の無停電電源装置がこの無停電電源システムの同期状態のマスタに設定されている。

図６に示したモード１〜５について、図３に示した同期選択回路１５０と、図７〜１６に示した切換演算回路２００の動作説明図とを参照しつつ、以下に説明する。

先ず、この無停電電源システムの通常状態として、交流電源１，４それぞれが健全、従って、第１，２系のバイパス電源も健全な状態にあり、無停電電源１０，２０は母線盤３０の閉路したコンタクタ３１，３２を介して並列運転をしており、同様に、無停電電源４０，５０は母線盤６０の閉路したコンタクタ６１，６２を介して並列運転しており、上述の如く、第２系の無停電電源装置がこの無停電電源システムの同期状態のマスタに設定されているときが図６のモード１の状態である。

このときには、無停電電源回路４０，５０それぞれに備える同期選択回路１５０それぞれにより、同期対象に設定（マスタに設定）された第２系の無停電電源装置の出力電圧を第２系のバイパス電源の出力電圧に同期させ、また、無停電電源回路１０，２０に備える同期選択回路１５０それぞれにより、同期対象に設定されていない第１系の無停電電源装置の出力電圧を第１系のバイパス電源の出力電圧に同期させた状態にしている。

図７，８は、モード１の状態での同期選択回路１５０の動作を説明する回路図である。

すなわち、図７に示すモード１の状態での第１系の無停電電源装置を形成する無停電電源回路１０，２０に備える同期選択回路１５０の切換演算回路２００では、同期選択回路１５０からの「バイパス電圧正常Ａ」と「バイパス同期Ｂ」の信号を受けたアンド素子２０１の出力は論理レベル１、無停電電源回路４０，５０に備える同期選択回路１５０からの「バイパス電圧正常Ａ」すなわち「他系バイパス電圧正常」と「バイパス同期Ｂ」すなわち「他系バイパス同期」の信号を受けたアンド素子２０２の出力は論理レベル１、同期選択回路１５０からの「他系母線電圧正常」と「他系母線同期」の信号を受けたアンド素子２０３の出力は論理レベル０、従って、アンド素子２０４の出力は論理レベル０、同様に、アンド素子２０５〜２０７それぞれの出力は論理レベル０であることからオア素子２０８の出力は論理レベル０である。

また、第１系の無停電電源装置は同期対象に設定されていないことからアンド素子２０９の出力は論理レベル０、さらに、前記「バイパス電圧正常Ａ」と「バイパス同期Ｂ」の信号を受けたアンド素子２１０の出力は論理レベル１と、前記「他系バイパス電圧正常」と「他系バイパス同期」の信号を受けたアンド素子２１１の出力は論理レベル１と、同期選択回路１５０からの「他系母線電圧正常」と「他系母線同期」の信号を受けたアンド素子２２１２の出力は論理レベル１とにより、アンド素子２１３の出力は論理レベル１であり、アンド素子２１４の出力は論理レベル０であることからオア素子２１５の出力は論理レベル１である。

従って、ラッチ素子２１６の出力Ｑは論理レベル０となり、アンド素子２１７の出力は論理レベル１であることから、この同期選択回路１５０の切換スイッチ１５３は位相差演算Ａ回路１５１側に閉路し、その結果、第１系の無停電電源装置の出力電圧を第１系のバイパス電源の出力電圧に同期させた状態にしている。

このときのアンド素子２１８の出力は論理レベル０であることから、第１系の無停電電源装置は「母線追従モードＣ」の状態ではない。

また、図８に示すモード１の状態での第２系の無停電電源装置を形成する無停電電源回路４０，５０に備える同期選択回路１５０の切換演算回路２００では、図７での切換演算回路２００と同様に、オア素子２０８の出力は論理レベル０、オア素子２１５の出力は論理レベル１であることから、ラッチ素子２１６の出力Ｑは論理レベル０となり、アンド素子２１７の出力は論理レベル１であることから、この同期選択回路１５０の切換スイッチ１５３は位相差演算Ａ回路１５１側に閉路し、その結果、第２系の無停電電源装置の出力電圧を第２系のバイパス電源の出力電圧に同期させた状態にしており、第２系の無停電電源装置は「母線追従モードＣ」の状態ではない。

すなわち、モード１の状態では、無停電電源回路４０，５０に備える同期選択回路１５０それぞれにより、同期対象に設定（マスタに設定）された第２系の無停電電源装置の出力電圧を第２系のバイパス電源の出力電圧に同期させ、また、無停電電源回路１０，２０に備える同期選択回路１５０それぞれにより、同期対象に設定されていない第１系の無停電電源装置の出力電圧を第１系のバイパス電源の出力電圧に同期させている。

この状態のときには、一般に、図１に示した交流電源１と交流電源２とは同一の商用電源系統からこの無停電電源システムの設置場所などで２系統に分割されたものであることから、その出力電圧間の位相差は極僅かであることに着目すると、高速切換盤７０，８０，９０では、第１系の無停電電源装置の出力電圧と第２系の無停電電源装置の出力電圧とはほぼ同期状態（間接同期状態）と認識でき、この無停電電源システムのメインテナンスなどの際の負荷１〜３への高速切換盤７０，８０，９０での給電の切換えを、無瞬断且つショックレスに行うことができる。

以下のモード２〜４での動作は、この無停電電源システムの動作状態がモード１の状態からモード２〜４の何れかの状態に変わったとして、説明を行っている。

すなわち、モード２は、交流電源１，４それぞれが健全、従って、第１，２系のバイパス電源も健全な状態（モード１）から、交流電源１，４の双方共に停電し、従って、第１，２系のバイパス電源も共に停電した状態になっているときである。

図９，１０は、モード２の状態での同期選択回路１５０の動作を説明する回路図である。

すなわち、図９に示すモード２の状態での第１系の無停電電源装置を形成する無停電電源回路１０，２０に備える同期選択回路１５０の切換演算回路２００では、第１，２系のバイパス電源も共に停電した状態にあり、同期対象に設定されてないことからアンド素子２０６の出力は論理１レベルになっており、また、アンド素子２０６の出力も論理０レベルになっていることから、オア素子２０８の出力は論理レベル１、オア素子２１５の出力は論理レベル０となり、ラッチ素子２１６の出力Ｑは論理レベル１になっている。

従って、アンド素子２１７の出力は論理レベル０であることから、この同期選択回路１５０の切換スイッチ１５３は位相差演算Ｂ回路１５２側に閉路し、その結果、第１系の無停電電源装置の出力電圧を第２系の母線電圧に同期させた状態にしており、従って、第１系の無停電電源装置は「母線追従モードＣ」の状態になっている。

また、図１０に示すモード２の状態での第２系の無停電電源装置を形成する無停電電源回路４０，５０に備える同期選択回路１５０の切換演算回路２００では、同期対象に設定設定されていること、第１系（他系）の無停電電源装置は「母線追従モードＣ」すなわち「他系母線同期追従モード」となっていることから、アンド素子２０９の出力が論理１レベルとなり、従って、ラッチ素子２１６の出力Ｑは論理レベル０となり、アンド素子２１７，２１８それぞれの出力は論理レベル０になることから、アンド素子２１９の出力が論理１レベルとなり、このときには、第２系の無停電電源装置は同期選択回路１５０出力の位相差信号を遮断し、無停電電源回路４０，５０に備える内部発振器による自走状態、すなわち、内部同期の状態にする。

従って、高速切換盤７０，８０，９０では、第１系の無停電電源装置の出力電圧と第２系の無停電電源装置の出力電圧とは同期状態にあり、この無停電電源システムのメインテナンスなどの際の負荷１〜３への高速切換盤７０，８０，９０での給電の切換えを、無瞬断且つショックレスに行うことができる。

次に、モード３は、交流電源１，４それぞれが健全、従って、第１，２系のバイパス電源も健全な状態（モード１）から、交流電源４のみに停電などの異常が発生した状態になっているときである。

図１１，１２は、このモード３の状態での同期選択回路１５０の動作を説明する回路図である。

すなわち、図１１に示すモード３の状態での第１系の無停電電源装置を形成する無停電電源回路１０，２０に備える同期選択回路１５０の切換演算回路２００では、図７での切換演算回路２００と同様に、オア素子２０８の出力は論理レベル０、また、オア素子２１３の出力は論理レベル０になるが、オア素子２１４の出力は論理レベル１に変わることからオア素子２１５は論理レベル１を継続し、従って、ラッチ素子２１６の出力Ｑは論理レベル０となり、アンド素子２１７の出力は論理レベル１であることから、この同期選択回路１５０の切換スイッチ１５３は位相差演算Ａ回路１５１側に閉路し、その結果、第１系の無停電電源装置の出力電圧を第１系のバイパス電源の出力電圧に同期させた状態にしており、第１系の無停電電源装置は「母線追従モードＣ」の状態ではない。

また、図１２に示すモード３の状態での第２系の無停電電源装置を形成する無停電電源回路４０，５０に備える同期選択回路１５０の切換演算回路２００では、同期対象に設定設定されていること、自系のバイパス電圧が異常（論理レベル０）であること、他系のバイパス電圧が正常（論理レベル１）であること、他系の無停電電源装置は「母線追従モードＣ」すなわち「他系母線追従モード」ではないことからアンド素子２０７の出力が論理１レベルとなり、従って、オア素子２０８の出力は論理レベル１に変わる。また、アンド素子２１３の出力も論理レベル０に変わることからオア素子２１５の出力も論理レベル０に変わる。

その結果、ラッチ素子２１６の出力Ｑは論理レベル１に変わる。従って、アンド素子２１７の出力は論理レベル０であることから、この同期選択回路１５０の切換スイッチ１５３は位相差演算Ｂ回路１５２側に閉路し、その結果、第２系の無停電電源装置の出力電圧を第１系の母線電圧に同期させた状態にしており、従って、第２系の無停電電源装置は「他系母線追従モード」の状態になっている。

またモード４は、交流電源１，４それぞれが健全、従って、第１，２系のバイパス電源も健全な状態（モード１）から、交流電源１のみに停電などの異常が発生した状態になっているときである。

図１３，１４は、このモード４の状態での同期選択回路１５０の動作を説明する回路図である。

すなわち、図１３に示すモード４の状態での第１系の無停電電源装置を形成する無停電電源回路１０，２０に備える同期選択回路１５０の切換演算回路２００では、同期対象に設定設定されていないこと、自系のバイパス電圧が異常（論理レベル０）であること、他系のバイパス電圧が正常（論理レベル１）であることからアンド素子２０５の出力が論理１レベルとなり、従って、オア素子２０８の出力は論理レベル１に変わる。また、アンド素子２１３の出力も論理レベル０に変わることからオア素子２１５の出力も論理レベル０に変わる。

その結果、ラッチ素子２１６の出力Ｑは論理レベル１に変わる。従って、アンド素子２１７の出力は論理レベル０であることから、この同期選択回路１５０の切換スイッチ１５３は位相差演算Ｂ回路１５２側に閉路し、その結果、第１系の無停電電源装置の出力電圧を第２系の母線電圧に同期させた状態にしており、従って、第１系の無停電電源装置は「母線追従モードＣ」の状態になっている。

また、図１４に示すモード４の状態での第２系の無停電電源装置を形成する無停電電源回路４０，５０に備える同期選択回路１５０の切換演算回路２００では、同期対象に設定設定されていること、第１系（他系）の無停電電源装置は「母線追従モードＣ」すなわち「他系母線追従モード」となっていることからアンド素子２０９の出力が論理１レベルとなり、また、バイパス電圧が正常、他系バイパス電圧が異常、他系バイパス同期も行われていないことからアンド素子２１４の出力も論理レベル１であることから、ラッチ素子２１６の出力Ｑは論理レベル０となり、アンド素子２１７の出力は論理レベル１であることから、この同期選択回路１５０の切換スイッチ１５３は位相差演算Ａ回路１５１側に閉路し、その結果、第２系の無停電電源装置の出力電圧を第２系のバイパス電源の出力電圧に同期させた状態にしており、第２系の無停電電源装置は「母線追従モードＣ」の状態ではない。

さらにモード５は、交流電源１，４それぞれが健全、従って、第１，２系のバイパス電源も健全な状態（モード１）から、交流電源１，４の双方が共に停電し、従って、第１，２系のバイパス電源も共に停電した状態（モード２）となり、この停電が継続しているために、非常用発電機２，５の双方が立ち上がったときの状態である。

以下のモード５での動作は、この無停電電源システムの動作状態がモード２の状態からモード５の状態に変わったとして、説明を行っている。

図１５，１６は、このモード５の状態での同期選択回路１５０の動作を説明する回路図である。

すなわち、図１５に示すモード５の状態での第１系の無停電電源装置を形成する無停電電源回路１０，２０に備える同期選択回路１５０の切換演算回路２００では、第１，２系のバイパス電源も共に復電した状態にあり、他系は他系バイパスに同期した状態にあり、同期対象に設定されてないことからアンド素子２０４の出力は論理１レベルになり、その結果、オア素子２０８の出力は論理レベル１、オア素子２１５の出力は論理レベル０となり、ラッチ素子２１６の出力Ｑは論理レベル１になっている。

従って、アンド素子２１７の出力は論理レベル０であることから、この同期選択回路１５０の切換スイッチ１５３は位相差演算Ｂ回路１５２側に閉路し、その結果、第１系の無停電電源装置の出力電圧を第２系の母線電圧に同期させた状態にしており、従って、第１系の無停電電源装置は「母線追従モードＣ」の状態のままになっている。

また、図１６に示すモード５の状態での第２系の無停電電源装置を形成する無停電電源回路４０，５０に備える同期選択回路１５０の切換演算回路２００では、同期対象に設定設定されていること、第１系（他系）の無停電電源装置は「母線追従モードＣ」すなわち「他系母線追従モード」となっていることから、アンド素子２０９の出力が論理１レベルとなり、従って、ラッチ素子２１６の出力Ｑは論理レベル０となり、バイパス電圧が正常に復帰したことからアンド素子２１７の出力は論理レベル１になり、先述の内部同期の状態から、第２系の無停電電源装置の出力電圧を第２系のバイパス電源の出力電圧に同期させた状態に復旧する。

なお、非常用発電機２の出力電圧と非常用発電機５の出力電圧とは、その電圧値をほぼ等しくすることは容易であるが、その位相差をほぼ零にすることは容易ではないので、モード５の状態では、第１系の無停電電源装置の出力電圧を第２系の母線電圧、すなわち、非常用発電機５の出力電圧に同期させた状態に設定している。

この発明の実施の形態を示す無停電電源システムの回路構成図図１の部分詳細回路構成図図２の部分詳細回路構成図図３の部分詳細回路構成図図１〜４の部分詳細説明図この発明の動作を説明する同期マトリックス図図５のモード１の動作を説明する回路構成図図５のモード１の動作を説明する回路構成図図５のモード２の動作を説明する回路構成図図５のモード２の動作を説明する回路構成図図５のモード３の動作を説明する回路構成図図５のモード３の動作を説明する回路構成図図５のモード４の動作を説明する回路構成図図５のモード４の動作を説明する回路構成図図５のモード５の動作を説明する回路構成図図５のモード５の動作を説明する回路構成図

符号の説明

１，４…交流電源、２，５…非常用発電機、３，６…切替スイッチ、１０，２０，４０，５０…無停電電源、３０，６０…母線盤、３１，３２，６１，６２…コンタクタ、３３，６３…信号中継回路、７０，８０，９０…高速切換盤、１０１，１０４，１０５，１０８…コンタクタ、１０２…コンバータ、１０３…インバータ、１０６…蓄電池、１０７…サイリスタスイッチ、１０９〜１１１…電圧検出器、１５１…位相差演算Ａ回路、１５２…位相差演算Ｂ回路、１５３…切換スイッチ、１５４…周波数・電圧レベル判定Ａ回路、１５５…同期判定Ａ回路、１５６…周波数・電圧レベル判定Ｂ回路、１５７…同期判定Ｂ回路、２００…切換演算回路。

Claims

電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を複数台並列運転する無停電電源装置，複数台並列運転される電力変換回路から構成される無停電電源とバイパス電源とから形成される無停電電源装置，電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を単機運転する無停電電源装置の内の何れか２組用いて形成される２系統の電源と、この２系統の電源の内の何れか１系統の電源を選定して負荷に給電する切換盤と、前記それぞれの無停電電源装置の同期状態を選択する同期選択回路とを備えた無停電電源システムにおいて、
前記同期選択回路により、
同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させ、同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させた通常状態にして前記無停電電源システムが動作中に、
前記同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置のバイパス電源および前記同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置のバイパス電源が共に異常のときには、
前記同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置は内部同期状態に切換えて運転を継続し、前記同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧は前記内部同期状態に切換わった無停電電源装置の出力電圧に同期させるように切換えて運転を継続することを特徴とする無停電電源システム。
電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を複数台並列運転する無停電電源装置，複数台並列運転される電力変換回路から構成される無停電電源とバイパス電源とから形成される無停電電源装置，電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を単機運転する無停電電源装置の内の何れか２組用いて形成される２系統の電源と、この２系統の電源の内の何れか１系統の電源を選定して負荷に給電する切換盤と、前記それぞれの無停電電源装置の同期状態を選択する同期選択回路とを備えた無停電電源システムにおいて、
前記同期選択回路により、
同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させ、同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させた通常状態にして前記無停電電源システムが動作中に、
前記同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置のバイパス電源が異常で、前記同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置のバイパス電源が正常のときには、
前記バイパス電源が消失した系統の前記無停電電源装置の出力電圧は同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧に同期させるように切換えて運転を継続することを特徴とする無停電電源システム。
電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を複数台並列運転する無停電電源装置，複数台並列運転される電力変換回路から構成される無停電電源とバイパス電源とから形成される無停電電源装置，電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を単機運転する無停電電源装置の内の何れか２組用いて形成される２系統の電源と、この２系統の電源の内の何れか１系統の電源を選定して負荷に給電する切換盤と、前記それぞれの無停電電源装置の同期状態を選択する同期選択回路とを備えた無停電電源システムにおいて、
前記同期選択回路により、
同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させ、同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させた通常状態にして前記無停電電源システムが動作中に、
前記同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置のバイパス電源が正常で、前記同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置のバイパス電源が異常のときには、
前記バイパス電源が消失した系統の前記無停電電源装置の出力電圧は同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧に同期させるように切換えて運転を継続することを特徴とする無停電電源システム。
電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を複数台並列運転する無停電電源装置，複数台並列運転される電力変換回路から構成される無停電電源とバイパス電源とから形成される無停電電源装置，電力変換回路とバイパス電源とから形成される無停電電源を単機運転する無停電電源装置の内の何れか２組用いて形成される２系統の電源と、この２系統の電源の内の何れか１系統の電源を選定して負荷に給電する切換盤と、前記それぞれの無停電電源装置の同期状態を選択する同期選択回路とを備えた無停電電源システムにおいて、
前記同期選択回路により、
同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させ、同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧を該系統のバイパス電源の出力電圧に同期させた通常状態にして前記無停電電源システムが動作中に、
前記同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置のバイパス電源および前記同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置のバイパス電源が各系個別の非常用発電機にそれぞれ切換わったときには、
前記同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧は該系統の前記バイパス電源の出力電圧に同期させつつ、同期対象に設定されていない系統の前記無停電電源装置の出力電圧は同期対象に設定された系統の前記無停電電源装置の出力電圧に同期させるように切換えて運転を継続することを特徴とする無停電電源システム。
請求項１乃至４の何れかに記載の無停電電源システムにおいて、
前記同期選択回路では自系バイパス電圧，電力変換回路の出力電圧，他系母線電圧それぞれを入力検出信号とするとともに、前記同期対象に設定する指令信号と、自系バイパス電圧，他系母線電圧それぞれの周波数および電圧レベルの判定結果と、自系バイパス電圧と電力変換回路の出力電圧との位相差の判定結果と、電力変換回路の出力電圧と他系母線電圧との位相差の判定結果とに基づいて前記切換えの動作を行わせることを特徴とする無停電電源システム。
請求項５に記載の無停電電源システムにおいて、
前記同期選択回路を各無停電電源それぞれに設けるとともに、これらの同期選択回路間の信号の授受を中継する信号中継回路を各無停電電源装置それぞれに備えたことを特徴とする無停電電源システム。