JP2011223731A - Uninterruptible power supply system and control method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無停電電源装置に係り、特に、常時インバータ給電方式の無停電電源装置と、常時商用給電方式の無停電電源装置と、を組み合わせた無停電電源システムに関する。 The present invention relates to an uninterruptible power supply, and more particularly to an uninterruptible power supply system that combines a continuous inverter power supply type uninterruptible power supply and a continuous commercial power supply type uninterruptible power supply.
入力電源に瞬低や停電が発生しても、負荷に絶え間なく電力を供給し続ける電源装置として、無停電電源装置(UPS)が広く利用されている。無停電電源装置としては、常時インバータ給電方式と常時商用給電方式とが一般的に知られている。以下、常時インバータ給電方式と常時商用給電方式の無停電電源装置の概略を説明する。 An uninterruptible power supply (UPS) is widely used as a power supply that continues to supply power to a load even if an instantaneous power failure or a power failure occurs in an input power supply. As an uninterruptible power supply device, a constant inverter power supply method and a constant commercial power supply method are generally known. Hereinafter, an outline of the uninterruptible power supply apparatus of the constant inverter power supply method and the constant commercial power supply method will be described.
(1)常時インバータ給電方式
図7に、常時インバータ給電方式の無停電電源装置2の回路構成図((a)常時,(b)停電発生時)の一例を示す。
(1) Constant inverter power supply method FIG. 7 shows an example of a circuit configuration diagram of the
常時は、図7(a)に示すように、系統(例えば、商用電源)4から無停電電源装置2に入力された交流電力を、コンバータCNVにより一旦直流電力に変換し、この直流電力をインバータ(例えば、定電圧定周波数インバータ)INV1で系統4に同期した交流電力に変換して負荷6に供給する。
Normally, as shown in FIG. 7A, AC power input from the system (for example, commercial power source) 4 to the
系統4に瞬低または停電が発生すると、図7(b)に示すように、直流電力の供給源は、即時にコンバータCNVから蓄電器5Aに切り替わり、負荷電力は系統4の影響を受けずに連続して供給される。
When an instantaneous drop or a power failure occurs in the
なお、BCは無停電電源装置の保守点検時や万一の故障時に直送入力された電力を供給するためのバイパス回路を示す。前記直送入力は、商用の交流電源または、自家発電設備など、系統4とは別の交流電源とする。
Note that BC indicates a bypass circuit for supplying electric power that is input directly during maintenance and inspection of the uninterruptible power supply or in the event of a failure. The direct input is a commercial AC power source or an AC power source different from the
(2)常時商用給電方式
図8に、常時商用給電方式の無停電電源装置3の回路構成図((a)常時,(b)停電発生時)の一例を示す。
(2) Continuous commercial power supply system FIG. 8 shows an example of a circuit configuration diagram of the
常時は、系統(例えば、商用電源)4から無停電電源装置3に入力された交流電力は、双方向電力変換器INV2を通さずに交流のまま、高速スイッチ7を介して負荷6に供給される。同時に、高速スイッチ7から出力された交流電力は双方向電力変換器INV2を介して直流電力に変換され、蓄電デバイス5Bに充電される。前記蓄電デバイス5Bが、鉛蓄電池等の場合は双方向電力変換器INV2による浮動充電が行われ、リチウムイオン電池やナトリウム硫黄電池等の場合は充電完了後に双方向電力変換器INV2をゲートブロックする。
Normally, AC power input from the system (for example, commercial power source) 4 to the
系統4に瞬低や停電が発生すると、図8(b)に示すように、蓄電デバイス5Bから直流電圧を放電し、その直流電圧を双方向電力変換器INV2によって交流電圧に変換し、負荷6に給電される。
When an instantaneous drop or power failure occurs in the
なお、BSはバイパススイッチを示し、高速スイッチ7の保守点検時や、万一の故障時に投入され、系統4から出力された交流電力が、そのまま負荷6に供給される。
Note that BS indicates a bypass switch. The AC power output from the
しかしながら、前記常時インバータ給電方式,常時商用給電方式の無停電電源装置2,3にはそれぞれ下記に示す問題点があった。
However, the uninterruptible
常時インバータ給電方式の無停電電源装置2では、コンバータCNVにおいて交流‐直流変換,さらにインバータINV1において直流‐交流変換を行い、負荷6に給電される。そのため、電力変換器(コンバータCNV,インバータINV1)での損失が多く、システム効率が低かった。
In the uninterruptible
また、常時インバータ給電方式の無停電電源装置2では、並列冗長運転が可能であるが、常時商用給電方式の無停電電源装置3では、並列冗長運転ができなかった。
Further, the continuous power supply type
すなわち、常時インバータ給電方式の無停電電源装置2では、図9(a)に示すように、並列冗長運転した場合、常にインバータINV1,INV1´で協調を取って負荷6に給電することが可能である。そのため、系統4側に瞬低や停電が発生しても横流等が発生することなく、負荷6に給電することができる。
That is, in the
しかしながら、図9(b)に示すように、常時商用給電方式の無停電電源装置3では、並列冗長運転した場合、系統4側で瞬低や停電等が発生すると、高速スイッチ7,7´を同時に遮断しないと一方の高速スイッチ7(あるいは7´)に倍の電流あるいは、横流が流れる可能性があった。そのため、常時商用給電方式の無停電電源装置3は、並列冗長運転を行うことができなかった。
However, as shown in FIG. 9 (b), in the
以上示したようなことから、システム効率が良く、冗長性のある無停電電源システムを提供することが課題となる。 As described above, it is a problem to provide an uninterruptible power supply system with high system efficiency and redundancy.
本発明は、前記従来の問題に鑑み案出されたもので、その一態様は、系統の異常時に蓄電デバイスに蓄積された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する無停電電源システムであって、系統と負荷との間に常時商用給電方式の無停電電源装置と、常時インバータ給電方式の無停電電源装置と、を直列に接続したことを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and one aspect thereof is an uninterruptible power supply system that converts DC power stored in an electricity storage device into AC power and supplies it to a load when the system is abnormal. In this case, an uninterruptible power supply device of a constant commercial power supply system and an uninterruptible power supply device of a constant inverter power supply system are connected in series between the system and the load.
本発明の他の態様は、前記常時商用給電方式の無停電電源装置は、系統からの電力の供給/遮断を切り替える切替手段と、前記切替手段に対して並列に接続されたバイパススイッチと、前記切替手段の出力側に接続された第1蓄電デバイスと、前記切替手段と第1蓄電デバイスとの間に介挿された双方向電力変換器と、を備えたことを特徴とする。 In another aspect of the present invention, the uninterruptible power supply of the always commercial power supply system includes a switching unit that switches supply / cutoff of power from a system, a bypass switch connected in parallel to the switching unit, A first power storage device connected to the output side of the switching means, and a bidirectional power converter interposed between the switching means and the first power storage device are provided.
本発明の他の態様は、前記常時インバータ給電方式の無停電電源装置は、常時商用給電方式の無停電電源装置から入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力から系統電力に同期した交流電力を得るインバータと、前記インバータに直流電圧を供給する第2蓄電デバイスと、前記コンバータとインバータとから成る電力変換部をバイパスするバイパス回路と、前記バイパス回路からの負荷への給電または前記インバータからの負荷への給電を無瞬断で切り替えるバイパス切替回路と、を備えたことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, the uninterruptible power supply of the continuous inverter power supply system includes a converter that converts alternating current power input from the uninterruptible power supply apparatus of the continuous commercial power supply system into direct current power, and system power from the direct current power. An inverter that obtains AC power synchronized with the inverter, a second power storage device that supplies a DC voltage to the inverter, a bypass circuit that bypasses a power conversion unit that includes the converter and the inverter, and power supply to the load from the bypass circuit Alternatively, a bypass switching circuit that switches power supply from the inverter to the load without interruption is provided.
本発明の他の態様は、通常運転時は、前記選択切替器をバイパス回路側に接続し、常時商用給電方式の無停電電源装置から出力された交流電力をバイパス回路経由で負荷に給電することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, during normal operation, the selection switch is connected to the bypass circuit side, and AC power output from an uninterruptible power supply of a commercial power supply system is always supplied to the load via the bypass circuit. It is characterized by.
本発明の他の態様は、常時インバータ給電方式の無停電電源装置の点検時または故障時には、前記選択切替器をバイパス回路側に接続し、常時商用給電方式の無停電電源装置により負荷への給電を補償することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, the selection switch is connected to the bypass circuit side at the time of inspection or failure of the continuous inverter power supply type uninterruptible power supply, and power is supplied to the load by the continuous commercial power supply type uninterruptible power supply. It is characterized by compensating.
本発明の他の態様は、常時商用給電方式の無停電電源装置の点検時または故障時には、バイパススイッチを投入し、常時インバータ給電方式の無停電電源装置により負荷への給電を補償することを特徴とする。 Another aspect of the present invention is characterized in that a bypass switch is turned on at the time of inspection or failure of an uninterruptible power supply system of a constant commercial power supply system, and the power supply to the load is compensated by the uninterruptible power supply apparatus of a constant inverter power supply system. And
本発明によれば、システム効率が良く、冗長性のある無停電電源システムを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide an uninterruptible power supply system with high system efficiency and redundancy.
本発明の無停電電源システムは、システム効率が良く、冗長性のあるシステムを提供するために、常時インバータ給電方式の無停電電源装置と、常時商用給電方式の無停電電源装置と、を直列に接続したものである。 The uninterruptible power supply system of the present invention is a series of an always-inverter-powered uninterruptible power supply and a continuous-commercial-powered uninterruptible power supply in order to provide a system with high system efficiency and redundancy. Connected.
[実施形態]
本実施形態の無停電電源システム1を、図1に基づき説明する。本実施形態の無停電電源システム1は、系統(例えば、商用電源)4と負荷6との間に、常時商用給電方式の無停電電源装置(以下、商用給電部と称する)3と、常時インバータ給電方式の無停電電源装置(以下、インバータ給電部と称する)2と、が直列に接続される。
[Embodiment]
The uninterruptible
前記商用給電部3は、従来の常時商用給電方式の無停電電源装置3と同等の主回路で構成され、系統4からの電力の供給/遮断を切り替える切替手段としての高速スイッチ7と、該高速スイッチ7に対して並列に接続されたバイパススイッチBSと、前記高速スイッチ7の出力側に接続された蓄電デバイス5Bと、高速スイッチ7と蓄電デバイス5との間に介挿された双方向電力変換器INV2と、を備える。
The commercial
前記高速スイッチ7は、図1ではサイリスタの逆並列接続回路が示されているが、IGBT,トランジスタ,FET等の別の半導体スイッチ、または、半導体スイッチと機械的スイッチの組み合わせで構成することもできる。なお、バイパススイッチBSは、高速スイッチ7の保守点検時や、万一の故障時に投入され、系統4から出力された交流電力が、そのままインバータ給電部2に供給される。前記蓄電デバイス5としては、例えば、鉛蓄電池やリチウムイオン電池,ナトリウム硫黄電池等が挙げられる。前記双方向電力変換器INV2はAC−DC変換機能(すなわちコンバータ機能)と、DC−AC変換機能(すなわちインバータ機能)と、を有している。
1, the anti-parallel connection circuit of the thyristor is shown in FIG. 1, but the high-
前記常時インバータ給電部2は、従来の常時インバータ給電方式の無停電電源装置2と同等の主回路で構成され、前記商用給電部3から入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータCNVと、前記直流電力から系統4電力に同期した交流電力を得るインバータINV1と、前記コンバータCNVとインバータINV1との間に介挿された蓄電デバイス5Aと、コンバータCNVとインバータINV1から成る電力変換部をバイパスするように設けられたバイパス回路BCと、前記バイパス回路BCからの負荷6への給電または前記インバータINV1からの負荷6への給電を無瞬断で切り替えるバイパス切替回路8と、を備える。
The constant inverter
前記バイパス切替回路8は、半導体スイッチとしてのサイリスタスイッチTSと、サイリスタスイッチTSに並列に接続された選択切替器SWと、を備える。
The
以下、(1)正常運転時,(2)瞬低または停電発生時,(3)瞬低または停電復帰時における無停電電源システム1の動作手順を図2〜図5に基づき説明する。ここで、瞬低または停電の発生は、系統4側で発生するものとする。
Hereinafter, the operation procedure of the uninterruptible
(1)正常運転時
図2に示すように、商用給電部3の高速スイッチ7をON制御し、インバータ給電部2の選択切替器SWをバイパス回路BC側に接続する。この時、商用給電部3のバイパススイッチBSは開放し、インバータ給電部2のサイリスタスイッチTSはOFF制御としておく。
(1) During normal operation As shown in FIG. 2, the high-
これにより、系統4から商用給電部3に入力された交流電力は高速スイッチ7を介してインバータ給電部3に出力される。この時、高速スイッチ7から出力された交流電力は双方向電力変換器INV2にも出力され、この双方向電力変換器INV2で直流電力に変換されて蓄電デバイス5Bに充電される。ここで、前記蓄電デバイス5Bが鉛蓄電池等の場合は、双方向電力変換器INV2による浮動充電が行われ、リチウムイオン電池やナトリウム硫黄電池等の場合は、充電完了後に双方向電力変換器INV2がゲートブロックされる。
As a result, AC power input from the
前記インバータ給電部2に入力された交流電力は、バイパス回路BCおよび選択切替器SWを介して負荷6に供給される。
The AC power input to the inverter
(2)瞬低または停電発生時
(2)−1
図3に示すように、商用給電部3の高速スイッチ7をOFF制御する。この時、バイパススイッチBSは開放,選択切替器SWはバイパス回路BC側に接続のままとしておく。
(2) In case of instantaneous drop or power failure (2) -1
As shown in FIG. 3, the
これにより、商用給電部2の蓄電デバイス5から放電された直流電圧は、双方向電力変換器INV2によって交流電圧に変換され、インバータ給電部2に出力される。インバータ給電部2に入力された交流電力は、バイパス回路BCおよび選択切替器SWを介して負荷6に給電される。すなわち、系統4に瞬低または停電が発生した当初は、常時商用給電方式により、負荷6に給電が行われる。
As a result, the DC voltage discharged from the
(2)−2
そして、商用給電部2により負荷6への給電を補償している間に、インバータ給電部2のインバータINV1を起動させる。ここでは、選択切替器SWがバイパス回路BC側に接続されたままであるため、インバータINV1から負荷6へは給電は遮断される。
(2) -2
Then, the inverter INV1 of the inverter
(2)−3
次に、図4に示すように、インバータ給電部2のインバータINV1出力電圧と商用給電部3の出力電圧との同期をとり、サイリスタスイッチTSをON制御し、選択切替器SWをインバータINV1側に切り替える。
(2) -3
Next, as shown in FIG. 4, the inverter INV1 output voltage of the inverter
これにより、商用給電部3からインバータ給電部2に入力された交流電力は、バイパス回路BC,サイリスタスイッチTSを介して負荷6に出力される。また、蓄電デバイス5Aから放電された直流電圧はインバータINV1により交流電圧に変換され、選択切替器SWを介して負荷6に供給される。この時、バイパス回路BC(商用給電部3)からの交流電圧とインバータINV1からの交流電圧は、前述したとおり、同期が取られている。
Thereby, the AC power input from the commercial
(2)−4
その後、サイリスタスイッチTSをOFF制御し、バイパス回路BCからの交流出力を遮断する。
(2) -4
Thereafter, the thyristor switch TS is controlled to be OFF, and the AC output from the bypass circuit BC is cut off.
以上、(2)−2〜4の動作手順により、商用給電部3とインバータ給電部2との交流電圧の同期を取り、負荷6への給電が商用給電部3からインバータ給電部2へと切り替えられる。
As described above, the AC voltage of the commercial
(3)瞬低または停電復帰時
(3)−1
図5に示すように、系統4における瞬低または停電が復帰した際には、蓄電デバイス5Bから双方向電力変換器INV2を介して出力された交流電圧と系統4電圧の同期を取り、高速スイッチ7をON制御する。
(3) When instantaneous drop or power failure is restored (3) -1
As shown in FIG. 5, when the instantaneous drop or power failure in the
これにより、系統4から出力された交流電圧は、高速スイッチ7を介してインバータ給電部2に出力される。その結果、インバータ給電部2への出力は、蓄電デバイス5B,双方向電力変換器INV2側から、系統4,高速スイッチ7側に切り替えられる。
As a result, the AC voltage output from the
ここで、前記蓄電デバイス5Bが鉛蓄電池等の場合は、双方向電力変換器INV2による浮動充電を行う。また、蓄電デバイス5Bがリチウムイオン電池やナトリウム硫黄電池等の場合は、蓄電デバイス5Bの充電完了後に双方向電力変換器INV2をゲートブロックする。
Here, when the
インバータ給電部2において、選択切替器SWはインバータINV1側に接続され、サイリスタスイッチTSはOFF制御のままとなっている。そのため、インバータ給電部2では、商用給電部2から入力された交流電圧は、コンバータCNVを介して直流電圧に変換され、インバータINV1により交流電圧に変換され、選択切替器SWを介して、負荷6に供給される。
In the inverter
(3)−2
図6に示すように、インバータ給電部2の出力(インバータINV1の出力)と系統4の出力電圧の同期を取り、サイリスタスイッチTSをON制御する。その後、選択切替器SWをバイパス回路BC側に切り替える。
(3) -2
As shown in FIG. 6, the output of the inverter power supply unit 2 (output of the inverter INV1) and the output voltage of the
これにより、インバータINV1からの交流出力は遮断され、負荷6への給電はバイパス回路BC側へ切り替えられる。
As a result, the AC output from the inverter INV1 is cut off, and the power supply to the
(3)−3
最後に、サイリスタスイッチTSをOFF制御する。
(3) -3
Finally, the thyristor switch TS is turned off.
これにより、バイパス回路BCから選択切替器SWを介して負荷6に給電される。
As a result, power is supplied from the bypass circuit BC to the
その結果、系統4から出力された交流電力は高速スイッチ7を介して、インバータ給電部2に出力され、インバータ給電部2ではバイパス回路BC,選択切替器SWを介して負荷6に給電される。すなわち、通常運転時の動作に戻ることとなる。
As a result, the AC power output from the
本実施形態によれば、瞬低および停電補償時以外は、インバータ給電部2の電力変換器(コンバータCNV,インバータINV1)を停止に近い状態にさせておくことができ、電力変換器における損失の低減を図ることが可能となる。
According to the present embodiment, the power converter (converter CNV, inverter INV1) of the inverter
また、本実施形態のように、インバータ給電部2と商用給電部3とを直列に接続することにより、冗長性のある無停電電源システムを提供することが可能となる。すなわち、商用電源部3の点検時および故障時には、バイパススイッチBSを投入し、インバータ給電部2を起動させておくことにより、常に負荷6への給電を補償することができる。また、インバータ給電部2の点検時および故障時には、商用給電部3を起動し、選択切替器SWをバイパス回路BC側に接続することにより、常に負荷6への給電を補償することができる。その結果、無停電電源システムの信頼性の向上につながる。
Moreover, it becomes possible to provide a redundant uninterruptible power supply system by connecting the inverter
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.
1…無停電電源システム
2…常時インバータ給電方式の無停電電源装置(インバータ給電部)
3…常時商用給電方式の無停電電源装置(商用給電部)
4…系統
5A,5B…蓄電デバイス
6…負荷
7…高速スイッチ(切替手段)
8…バイパス切替回路
CNV…コンバータ
INV1…インバータ
INV2…双方向電力変換器
SW…選択切替器
TS…サイリスタスイッチ
BC…バイパス回路
BS…バイパススイッチ
1 ... Uninterruptible
3… Uninterruptible power supply system with commercial power supply (commercial power supply unit)
4 ...
8 ... Bypass switching circuit CNV ... Converter INV1 ... Inverter INV2 ... Bidirectional power converter SW ... Selection switch TS ... Thyristor switch BC ... Bypass circuit BS ... Bypass switch
Claims (6)
系統と負荷との間に常時商用給電方式の無停電電源装置と、常時インバータ給電方式の無停電電源装置と、を直列に接続したことを特徴とする無停電電源システム。 An uninterruptible power supply system that converts DC power stored in an electricity storage device into AC power and supplies it to a load when a system abnormality occurs,
An uninterruptible power supply system characterized in that a continuous commercial power supply type uninterruptible power supply unit and a continuous inverter power supply type uninterruptible power supply unit are connected in series between a system and a load.
系統からの電力の供給/遮断を切り替える切替手段と、
前記切替手段に対して並列に接続されたバイパススイッチと、
前記切替手段の出力側に接続された第1蓄電デバイスと、
前記切替手段と第1蓄電デバイスとの間に介挿された双方向電力変換器と、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の無停電電源システム。 The continuous commercial power supply uninterruptible power supply is
Switching means for switching supply / cutoff of power from the grid,
A bypass switch connected in parallel to the switching means;
A first power storage device connected to the output side of the switching means;
A bidirectional power converter interposed between the switching means and the first power storage device;
The uninterruptible power supply system according to claim 1.
常時商用給電方式の無停電電源装置から入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記直流電力から系統電力に同期した交流電力を得るインバータと、
前記インバータに直流電圧を供給する第2蓄電デバイスと、
前記コンバータとインバータとから成る電力変換部をバイパスするバイパス回路と、
前記バイパス回路からの負荷への給電または前記インバータからの負荷への給電を無瞬断で切り替えるバイパス切替回路と、
を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の無停電電源システム。 The uninterruptible power supply of the constant inverter feeding method is
A converter that converts AC power input from an uninterruptible power supply of a commercial power supply system into DC power;
An inverter for obtaining AC power synchronized with system power from the DC power;
A second power storage device for supplying a DC voltage to the inverter;
A bypass circuit for bypassing the power conversion unit comprising the converter and the inverter;
A bypass switching circuit that switches power supply to the load from the bypass circuit or power supply to the load from the inverter without interruption;
The uninterruptible power supply system according to claim 1 or 2, further comprising:
通常運転時は、前記選択切替器をバイパス回路側に接続し、常時商用給電方式の無停電電源装置から出力された交流電力をバイパス回路経由で負荷に給電することを特徴とする無停電電源システムの制御方法。 The uninterruptible power supply system according to claim 3,
During normal operation, the selection switch is connected to the bypass circuit side, and the AC power output from the uninterruptible power supply of the commercial power supply system is supplied to the load via the bypass circuit. Control method.
常時インバータ給電方式の無停電電源装置の点検時または故障時には、前記選択切替器をバイパス回路側に接続し、常時商用給電方式の無停電電源装置により負荷への給電を補償することを特徴とする無停電電源システムの制御方法。 The uninterruptible power supply system according to claim 2 or 3,
At the time of inspection or failure of a continuous inverter power supply type uninterruptible power supply device, the selection switch is connected to the bypass circuit side, and the power supply to the load is compensated by the continuous commercial power supply type uninterruptible power supply device. Control method of uninterruptible power supply system.
常時商用給電方式の無停電電源装置の点検時または故障時には、バイパススイッチを投入し、常時インバータ給電方式の無停電電源装置により負荷への給電を補償することを特徴とする無停電電源システムの制御方法。 The uninterruptible power supply system according to claim 3,
Control of an uninterruptible power supply system that features a bypass switch to be turned on at the time of inspection or failure of an uninterruptible power supply system that uses a commercial power supply system, and compensates for power supply to the load by an uninterruptible power supply system that uses an inverter power supply system. Method.
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