JP2013059152A - Discrete bypass system parallel uninterruptible power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、停電時のバッアップ電源として、バイパス回路を備えた無停電電源装置を複数台並列運転する個別バイパス方式並列無停電電源システムに関する。 The present invention relates to an individual bypass type parallel uninterruptible power supply system that operates in parallel a plurality of uninterruptible power supply devices each having a bypass circuit as a backup power source during a power failure.
従来から、瞬間的な停電も許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電源による連続給電が求められる場合に於いては、UPSを複数台並列運転して構成する並列UPS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。 Conventionally, an uninterruptible power supply (hereinafter simply referred to as UPS) has been used as a power source for an important load such as a computer that does not allow an instantaneous power outage. Further, during normal operation and inspection for 365 days, When continuous power supply by a UPS power supply is required, a parallel UPS system configured by operating a plurality of UPSs in parallel is used as a highly reliable system.
最近の並列UPSシステムでは、バイパス切換回路の保守点検や故障時にも出来るだけ負荷給電の継続性が図れるように、それぞれのUPSにバイパス回路とこのバイパス回路との無瞬断切換を達成するための無瞬断切換回路を備えた個別バイパス方式並列UPSシステムが採用されている。 In recent parallel UPS systems, in order to achieve continuity of load power supply as much as possible even in the case of maintenance inspection and failure of the bypass switching circuit, in order to achieve uninterrupted switching between the bypass circuit and this bypass circuit in each UPS. An individual bypass parallel UPS system having an uninterruptible switching circuit is employed.
個別バイパス方式並列UPSシステムは、一般的にUPS1台構成では容量が不足する場合にUPSを複数台並列運転させて大容量のUPSシステムとして用いられるが、実際に運用する負荷容量が、複数台で構成するUPSのうち1台が万一故障や停止した容量(つまり、複数台のUPSの合計容量の1台減の容量)以下であった場合には、冗長性が加わり個別バイパス方式並列冗長UPSシステムとしても構成される(例えば特許文献1参照。)。 The individual bypass parallel UPS system is generally used as a large-capacity UPS system by operating multiple UPSs in parallel when the capacity of a single UPS is insufficient, but the actual load capacity is limited to multiple units. If one of the configured UPSs is less than the capacity that has failed or stopped (that is, the capacity that is one less than the total capacity of multiple UPSs), redundancy is added and the individual redundant parallel redundant UPS It is also configured as a system (for example, see Patent Document 1).
以上のように構成された個別バイパス方式並列UPSシステムは、複数台のUPSを並列運転して構成される。経済性を考慮し冗長性を持たない並列UPSシステム、或いはUPS故障が発生して並列冗長性を失った並列UPSシステムでは、万一1台もしくは何台かのUPSが故障すると、残った健全なUPSも定格容量を超える負荷容量となって過負荷を検出する。そうすると、先に故障したUPS並びに健全なUPS共に一斉にバイパス回路による給電に切り換わり、負荷給電を継続する。 The individual bypass parallel UPS system configured as described above is configured by operating a plurality of UPSs in parallel. In a parallel UPS system that does not have redundancy in consideration of economic efficiency, or in a parallel UPS system that has lost parallel redundancy due to a UPS failure, if one or some UPS fails, the remaining sound The UPS detects the overload as the load capacity exceeds the rated capacity. Then, the UPS that has failed first and the healthy UPS are simultaneously switched to power feeding by the bypass circuit, and load power feeding is continued.
しかしながらこのバイパス給電は商用電源のバイパス回路による給電であるため、停電や瞬時電圧低下に対するバックアップ機能はなく、万一これらが発生した場合には負荷停止に至ることとなる。つまり、健全なUPSは、自らのUPSは故障でないにもかかわらず、故障機の解列によって過負荷となることで商用電源によるバイパス回路の給電に切り換わるため、この状態で停電や瞬時電圧低下などの電源変動が発生したとき、負荷給電に支障を与えるという問題があった。 However, since this bypass power supply is a power supply by a bypass circuit of a commercial power supply, there is no backup function against a power failure or an instantaneous voltage drop, and if these occur, the load will be stopped. In other words, a healthy UPS switches over to the bypass circuit power supply by the commercial power supply due to overloading due to disconnection of the faulty machine, even though its own UPS is not faulty. When power supply fluctuations such as the above occur, there is a problem that the load power supply is hindered.
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、1台以上のUPSに万一故障が発生した場合であっても一部の負荷に対しては健全なUPSから給電可能な個別バイパス方式並列UPSシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and even if a failure occurs in one or more UPSs, power can be supplied from a sound UPS to some loads. An object of the present invention is to provide a separate bypass parallel UPS system.
上記目的を達成するために、本発明の個別バイパス方式並列無停電電源システムは、商用交流電源から入力される交流を直流に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流出力を入力とし、直流を再び交流に変換して出力する逆変換器と、前記商用交流電源停電時に前記逆変換器に直流電力を供給する蓄電池と、前記逆変換器の出力による負荷への給電と、バイパス電源による負荷への給電とを切り換えるための無瞬断切換回路とから成る無停電電源装置を複数台並列運転させるように構成した個別バイパス方式並列無停電電源システムに於いて、前記負荷を最重要負荷と重要負荷とに区分けし、正常時には前記逆変換器の出力を並列運転して前記最重要負荷及び重要負荷に給電し、前記無停電電源装置の何れかが故障して並列運転から解列され、残った健全な停電電源装置が過負荷となったとき、所定の制御フローに従って、前記最重要負荷には健全な前記無停電電源装置の逆変換器の出力を給電し、前記重要負荷には前記バイパス電源による給電を行うようにしたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, an individual bypass type parallel uninterruptible power supply system of the present invention includes a forward converter that converts an alternating current input from a commercial alternating current power source into a direct current, and a direct current output from the forward converter. And an inverter that converts DC to AC again and outputs, a storage battery that supplies DC power to the inverter when the commercial AC power supply fails, and power supply to a load by the output of the inverter In an individual bypass type parallel uninterruptible power supply system configured to operate in parallel a plurality of uninterruptible power supply units comprising an uninterruptible switching circuit for switching between power supply to a load by a bypass power supply. Divide the load into the most important load and the important load. In normal operation, the output of the reverse converter is operated in parallel to supply power to the most important load and the important load. When the remaining healthy power failure power supply device is overloaded, the most important load is fed with the output of the healthy uninterruptible power supply reverse converter according to a predetermined control flow, The important load is characterized in that power is supplied by the bypass power source.
この発明によれば、1台以上のUPSに万一故障が発生した場合であっても一部の負荷に対しては健全なUPSから給電可能な個別バイパス方式並列UPSシステムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an individual bypass parallel UPS system capable of supplying power from a sound UPS to a part of loads even if a failure occurs in one or more UPSs. .
以下、この発明の実施の形態を図1に基づいて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
図1は、本発明に係る個別バイパス方式並列UPSシステムの一例を示すブロック構成図である。図1はUPS1A(No1UPS)、UPS1B(No2UPS)及びUPS1C(No3UPS)の3台のUPSを備えた例である。 FIG. 1 is a block diagram showing an example of an individual bypass parallel UPS system according to the present invention. FIG. 1 shows an example including three UPSs, UPS1A (No1UPS), UPS1B (No2UPS), and UPS1C (No3UPS).
UPS1A、1B、1Cの各々は、夫々商用電源2A、2B、2Cから交流電圧が入力され、夫々交流入力開閉3A、3B、3Cを介して順変換器4A、4B、4Cで夫々直流電圧に変換し、さらに逆変換器5A、5B、5Cで再び交流に逆変換して無瞬断切換回路6A、6B、6C内に夫々設けられた開閉器7A、7B、7Cを介して、安定した交流電圧を出力するように構成されている。また、順変換器4A、4B、4Cは夫々直流開閉器8A、8B、8Cを介して蓄電池12A、12B、12Cに夫々直流エネルギーを蓄える。
Each of
例えば、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を出力する。商用電源2B、2Cに停電が生じたときも同様に夫々蓄電池12B、12Cによる運転を行う。
For example, when a power failure occurs in the
また、順変換器4A、4B、4Cまたは逆変換器5A、5B、5Cに万一故障が発生した場合にも交流を継続して出力するために、商用電源2A、2B、2Cとは別のバイパス電源15A、15B、15Cの交流電圧が、バイパス入力開閉器11A並びに無瞬断切換回路6A内に設けられた開閉器9Aと半導体スイッチ10Aの並列回路、バイパス入力開閉器11B並びに無瞬断切換回路6B内に設けられた開閉器9Bと半導体スイッチ10Bの並列回路、バイパス入力開閉器11C並びに無瞬断切換回路6C内に設けられた開閉器9Cと半導体スイッチ10Cの並列回路を夫々介して、UPS1A、UPS1B及びUPS1Cの夫々の出力となるように構成されている。すなわち、バイパス電源によるバイパス回路からの給電を可能としている。
Further, in order to continuously output alternating current even if a failure occurs in the
UPS1A、UPS1B及びUPS1Cの夫々の出力は全体システムで共通に設けられた並列出力盤20に与えられ、各々が2分岐され、その一方は夫々最重要負荷側並列用開閉器21A、21B、21Cを介して最重要負荷用並列母線23に接続され、他方は夫々重要負荷側並列用開閉器22A、22B、22Cを介して重要負荷用並列母線24に接続される。最重要負荷用並列母線23から交流出力開閉器25を介して最重要負荷30に給電する。また、重要負荷用並列母線24から交流出力開閉器26を介して重要負荷31に給電する。最重要負荷30及び重要負荷31の負荷電流は夫々負荷電流検出器27、28で検出され、運転制御装置40に与えられる。運転制御装置40はUPS1A、UPS1B及びUPS1C並びに並列出力盤20の全体システムに係る運転制御を行う。
The outputs of UPS 1A, UPS 1B, and UPS 1C are given to a
次に動作について説明する。図1に示す3台のUPSで構成された個別バイパス並列UPSシステムにおいて、全てのUPSが健全なときには、図2の給電ルート図に示す通り、各々のUPS1A、1B、1Cが夫々順変換器4A、4B、4C並びに逆変換器5A、5B、5Cを通したUPS出力を並列出力盤20に供給し、並列出力盤20では、UPS1A用の並列用開閉器21A、22A、UPS2A用の並列開閉器21B、22B、並びにUPS1C用の並列開閉器21C、22Cの全てが投入され、並列母線23、24共、3台のUPS出力が並列接続された状態で夫々最重要負荷30と重要負荷31に給電する。
Next, the operation will be described. In the individual bypass parallel UPS system composed of three UPSs shown in FIG. 1, when all UPSs are healthy, each
この図2に示した給電ルート図の給電状態において、UPS1Aが故障した場合を想定する。UPS1Aは故障を検出すると順変換器4A並びに逆変換器5Aの動作を停止(ゲートブロック)し、UPS1Aの出力を停止して並列運転状態から解列する。但し、このときUPS1Aの変換器側の開閉器7A並びに並列出力盤21の並列用開閉器21A、22Aは投入状態のままである。
Assume that the UPS 1A fails in the power supply state of the power supply route diagram shown in FIG. When the UPS 1A detects a failure, the UPS 1A stops the operation of the
図2に示す給電状態において、並列冗長性が成立していれば、図3の給電ルート図に示すように、最重要負荷30並びに重要負荷31には、残った健全な2台のUPS1BとUPS1Cの並列運転によるUPS出力(逆変換器5B及び5Cの出力)を継続して給電する。
In the power supply state shown in FIG. 2, if parallel redundancy is established, the most
しかしながら、図2に示す給電状態において、並列冗長性が成立していない場合には、1台のUPSが故障して並列運転から解列されると、残った健全なUPSは負荷容量が定格容量以上となり過負荷を検出することになる。健全なUPSが過負荷を検出するとUPS出力による負荷への継続給電はできないこととなり、先に故障を検出し並列運転から解列したUPS並びに健全なUPS共にバイパス回路による給電に無瞬断切換回路によって切り換わることによって負荷給電が継続される。 However, in the power supply state shown in FIG. 2, when parallel redundancy is not established, if one UPS fails and is disconnected from parallel operation, the remaining healthy UPS has a load capacity of the rated capacity. Thus, an overload is detected. If a healthy UPS detects an overload, it will not be possible to continue power supply to the load by UPS output, and both UPS and sound UPS that have been faulted first and disconnected from parallel operation will be fed to the power by the bypass circuit without interruption. The load power feeding is continued by switching by.
図4の給電ルート図は、図2の給電状態においてUPS1Aが故障して並列運転から解列された後、残った健全な2台のUPS1B、1Cも過負荷を検出し、上記のように全てのUPSがバイパス給電に切り換わり、負荷給電を継続している状態を示す。
In the power supply route diagram of FIG. 4, after the UPS 1A fails in the power supply state of FIG. 2 and is disconnected from the parallel operation, the remaining two
このように図4に示すバイパス経路で負荷給電を継続中に、バイパス電源15A、15B、15Cに停電や瞬時電圧低下があると最重要負荷30並びに重要負荷31への給電が断たれることとなる。
As described above, when the power supply to the
このため本実施の形態においては、一旦全てのUPS1A、1B、1Cがバイパス電源15A、15B、15Cからの給電に切り換わった後、所定の切り換え条件が成立していれば、最重要負荷30を再びUPS出力の給電に切り換えるようにする。この手法について、以下図5に示すフローチャート及び図6の給電ルート図によって説明する。
For this reason, in this embodiment, once all
図5は本発明に係る個別バイパス方式並列UPSシステムの動作フローチャートである。このフローチャートは図1において、3台のUPS及び運転制御装置40が信号の取り合いを行いながら動作する内容が記されており、システムとして並列冗長性がない場合のフローチャートである。
FIG. 5 is an operation flowchart of the individual bypass parallel UPS system according to the present invention. This flowchart is a flowchart in the case where the three UPSs and the
まず、UPS3台並列運転によるUPS出力給電を行っている状態を考える(ステップST1)。この状態は図2に示す給電ルート図に相当する。この状態で例えばUPS1Aが故障する(ステップST2)と、UPS1Aは停止して並列運転から解列する(ステップST2)。そして、システムとして並列冗長性がないので、UPS1BとUPS1Cは共に過負荷を検出する(ステップST4)。そうすると負荷給電を継続するために3台のUPSは一斉にバイパス電源からの給電に切換わる(ステップST5)。この状態は図4に示す給電ルート図に相当する。
First, let us consider a state in which UPS output power supply is being performed by parallel operation of three UPS units (step ST1). This state corresponds to the power supply route diagram shown in FIG. In this state, for example, when
次に、最重要負荷30の負荷容量が健全なUPSであるUPS1BとUPS1Cの容量和以下であるかどうかを判定する(ステップST6)。このとき、負荷電流検出器27の検出値を使用する。ステップST6の判定がYESであれば、重要負荷31の負荷容量が故障したUPSであるUPS1Aの容量以下かどうかを判定する(ステップST7)。このとき、負荷電流検出器28の検出値を使用する。そしてステップST7の判定がYESであれば、並列用開閉器21Aを開放してUPS1Aを最重要負荷母線23から切り離す(ステップST8)。尚、ステップST6またはステップST7でNOの場合には図4の給電ルート図に示したバイパス給電を継続する(ステップST9)。
Next, it is determined whether or not the load capacity of the most
次に、並列用開閉器22B、22Cを開放してUPS1B及びUPS1Cを重要負荷母線24から切り離す(ステップST10)。このステップST10の操作によって、UPS1B及びUPS1Cの過負荷が解除され(ステップST11)、UPS1B及びUPS1Cの無瞬断切換回路6B、6Cが夫々動作し、UPS1B及びUPS1Cが最重要負荷30に並列給電する(ステップST12)。このとき重要負荷31に対しては、UPS1Aのバイパス給電が行われている(ステップST13)ので、図6に示す給電ルートが達成されることになる。
Next, the
次に、本発明の変形例について図7及び図8を参照して説明する。 Next, a modification of the present invention will be described with reference to FIGS.
図7は、本発明の変形例に係る個別バイパス方式並列UPSシステムの動作フローチャートである。このフローチャートは、図5のフローチャートのステップST7でNOと判定されたとき、直ちにステップST9に行かないで、ステップST6A及びステップST7Aで再度最重要負荷30をUPS給電することが可能かどうか確認するようにしている。
FIG. 7 is an operation flowchart of the individual bypass parallel UPS system according to the modification of the present invention. In this flowchart, when it is determined NO in step ST7 of the flowchart of FIG. 5, the process does not immediately go to step ST9, but it is confirmed in steps ST6A and ST7A whether the most
すなわちステップST6Aでは、最重要負荷容量が健全なUPS容量の和から1台のUPS容量(例えばUPS1Bの容量)を減算した値以下かどうかを判定し、これがYESであれば、続いてステップST7Aで重要負荷容量が故障したUPS1Aの容量に1台のUPS容量(例えばUPS1Bの容量)を加算した容量以下であるかを判定する。 That is, in step ST6A, it is determined whether or not the most important load capacity is equal to or less than the value obtained by subtracting one UPS capacity (for example, the capacity of UPS1B) from the sum of healthy UPS capacity. If this is YES, then in step ST7A It is determined whether the important load capacity is equal to or less than the capacity obtained by adding one UPS capacity (for example, the capacity of UPS1B) to the capacity of UPS1A that has failed.
ステップST6AとステップST7Aの何れかがNOであれば、ステップST9でバイパス給電を継続するが、何れもYESであれば、図5のフローチャートのステップST8からステップST13の手順と同一の手順でステップST8AからステップST13Aを行う。これにより、最重要負荷30にはUPS1CからのUPS給電が行われ、重要負荷31には故障したUPS1Aと健全なUPS1Bのバイパス回路からの給電が行われる。このようにして図8に示す給電ルートが達成される。
If either step ST6A or step ST7A is NO, bypass power feeding is continued in step ST9. If both are YES, step ST8A is performed in the same procedure as step ST8 to step ST13 in the flowchart of FIG. To step ST13A. As a result, the most
以上本発明の実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, these Examples are shown as an example and are not intending limiting the range of invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、図1においてUPSは3台の例を説明したが、本発明は2台以上であれば成立することは明らかである。 For example, in FIG. 1, the example of three UPSs has been described. However, it is obvious that the present invention is established if two or more UPSs are used.
また、図1における並列出力盤20内に最重要負荷用並列母線23と重要負荷用並列母線24を設けたが、必ずしもこのような構成とする必要はなく、例えば最重要負荷側並列用開閉器21A、重要負荷側並列用開閉器22AをUPS1Aの盤内に収容するようなシステム構成としても良い。
Further, although the most important load
また、UPSが4台以上で構成されるシステムにおいては、図7のステップST7AでNOと判定されても、ステップST6Aに戻って更にUPS1台の容量を減算する演算を繰り返して最重要負荷30をUPS出力で運転可能な組合せを探していくようにしても良い。
Further, in a system including four or more UPSs, even if NO is determined in step ST7A in FIG. 7, the operation of returning to step ST6A and further subtracting the capacity of one UPS is repeated to set the most
1A、1B、1C UPS
2A、2B、2C 商用電源
3A、3B、3C 交流入力開閉器
4A、4B、4C 順変換器
5A、5B、5C 逆変換器
6A、6B、6C 無瞬断切換回路
7A、7B、7C 変換器側開閉器
8A、8B、8C 直流開閉器
9A、9B、9C バイパス側開閉器
10A、10B、10C バイパス側サイリスタスイッチ
11A、11B、11C バイパス入力開閉器
12A、12B、12C 蓄電池
15A、15B、15C バイパス用商用電源
20 並列出力盤
21A、21B、21C 最重要負荷側並列用開閉器
22A、22B、22C 重要負荷側並列用開閉器
23 最重要負荷用並列母線
24 重要負荷用並列母線
25、26 交流出力開閉器
27、28 負荷電流検出器
30 最重要負荷
31 重要負荷
1A, 1B, 1C UPS
2A, 2B, 2C
Claims (3)
前記順変換器からの直流出力を入力とし、直流を再び交流に変換して出力する逆変換器と、
前記商用交流電源停電時に前記逆変換器に直流電力を供給する蓄電池と、
前記逆変換器の出力による負荷への給電と、バイパス電源による負荷への給電とを切り換えるための無瞬断切換回路
とから成る無停電電源装置を複数台並列運転させるように構成した個別バイパス方式並列無停電電源システムに於いて、
前記負荷を最重要負荷と重要負荷とに区分けし、
正常時には前記逆変換器の出力を並列運転して前記最重要負荷及び重要負荷に給電し、
前記無停電電源装置の何れかが故障して並列運転から解列され、残った健全な停電電源装置が過負荷となったとき、
所定の制御フローに従って、
前記最重要負荷には健全な前記無停電電源装置の逆変換器の出力を給電し、
前記重要負荷には前記バイパス電源による給電を行うようにしたことを特徴とする個別バイパス方式並列無停電電源システム。 A forward converter that converts alternating current input from a commercial alternating current power source into direct current,
DC converter from the forward converter as an input, an inverse converter that converts the DC to AC again and outputs,
A storage battery for supplying DC power to the inverter at the time of the commercial AC power failure;
An individual bypass system configured to operate in parallel a plurality of uninterruptible power supply units comprising an uninterruptible switching circuit for switching between power feeding to the load by the output of the inverse converter and power feeding to the load by a bypass power source. In the parallel uninterruptible power supply system,
Dividing the load into the most important load and the important load,
In normal operation, the output of the inverter is operated in parallel to supply the most important load and the important load,
When one of the uninterruptible power supply units fails and is disconnected from parallel operation, and the remaining healthy blackout power supply unit is overloaded,
According to a predetermined control flow,
The most important load is fed with the output of the healthy uninterruptible power supply inverter,
An individual bypass type parallel uninterruptible power supply system, wherein the important load is fed by the bypass power supply.
前記最重要負荷及び前記重要負荷への各々の給電を、前記無停電電源装置の逆変換器の出力からの給電とするか前記バイパス電源による給電とするかを選択的に切り換えられるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の個別バイパス方式並列無停電電源システム。 A parallel output panel having two types of buses, a parallel bus for feeding the most important load and a parallel bus for feeding the important load;
Each power supply to the most important load and the important load can be selectively switched between power supply from the output of the inverter of the uninterruptible power supply or power supply by the bypass power supply. The individual bypass type parallel uninterruptible power supply system according to claim 1.
一旦全ての負荷給電を前記バイパス電源側に移したあと、
前記最重要負荷及び前記重要負荷の負荷容量と各々の前記無停電電源装置の容量に応じて前記最重要負荷に逆変換器の出力によって給電する無停電電源装置と、前記重要負荷にバイパス給電する無停電電源装置を特定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に記載の個別バイパス方式並列無停電電源システム。 The predetermined control flow is:
Once all the load power supply is moved to the bypass power supply,
An uninterruptible power supply that feeds power to the most important load by the output of an inverter according to the load capacity of the most important load and the important load and the capacity of each uninterruptible power supply, and bypass power feed to the important load 3. The individual bypass parallel uninterruptible power supply system according to claim 1 or 2, wherein an uninterruptible power supply is specified.
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