JP2019193336A - Power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複数台の電源ユニットを備えた電源システムにおいて、何れかの電源ユニットが故障により停止していることを他の電源ユニットが検出して上位に通知することにより、異常判定処理やバックアップ運転を可能にした電源システムに関する。 In the power supply system having a plurality of power supply units, the abnormality detection process and the backup can be performed when another power supply unit detects that one of the power supply units is stopped due to a failure and notifies the upper level. The present invention relates to a power supply system that can be operated.
図5は、並列接続された複数台の電源ユニットを有する電源システムの従来技術であり、特許文献1に記載されているものである。
図5において、100Aはマスタとして動作する電源ユニット、100Bはスレーブとして動作する電源ユニット、101A,101Bはコンバータ部、102A,102Bはスイッチング素子Q1を制御するスイッチング制御回路、103A,103Bはドループ生成回路、104A,104Bは出力電圧検出回路、105AはMCU(マスタ)、105BはMCU(スレーブ)、106A,106Bは出力電流検出回路、Viは電源システムの入力電圧、Voは出力電圧である。
FIG. 5 is a prior art of a power supply system having a plurality of power supply units connected in parallel, and is described in
In FIG. 5, 100A power supply unit operating as a master, 100B switching control circuit for controlling the power supply unit operating as a slave, 101A, 101B converter unit, 102A, 102B is a
MCU(マスタ)105Aは、図6(a)に示すように、MCU(スレーブ)105Bに接続された通信部111、出力電流取得部112、駆動制御部113、加算部114、台数決定部115、過電流保護部116及びスイッチ制御部117を備え、MCU(スレーブ)105Bは、図6(b)に示すように、MCU(マスタ)105Aに接続された通信部111、出力電流取得部118、過電流保護部116及びスイッチ制御部117を備えている。
As shown in FIG. 6A, the MCU (master) 105A includes a
この従来技術では、負荷電流の急増時に必要台数の電源ユニットの起動に遅れが生じて一部の電源ユニットが過電流状態になるのを防止するため、マスタ側のMCU105Aが図7に示すように動作している。
図7において、MCU105Aは、電源ユニット100Aの起動後に出力電流取得部112を介して自己の出力電流を検出し(ステップS11,S12)、電流検出値が閾値以上であれば、他の電源ユニット100B等を含む全ユニットを駆動する(ステップS13YES,S14)。また、出力電流検出値が閾値未満であれば、他の電源ユニット100B等の出力電流を通信部111を介して取得し、加算部114により自己の出力電流と加算して負荷電流を算出する(ステップS13NO,S15)。
次に、MCU105Aは、算出した負荷電流に基づいて電源ユニットの動作台数を決定し、スレーブとしての他の電源ユニット100B等を駆動/停止させる(ステップS16,S17)。
上記の処理は、電源システム全体の電源がオフされるまで繰り返し実行される。(ステップS18)。
In this prior art, in order to prevent a delay in starting the required number of power supply units when the load current increases rapidly and a part of the power supply units enter an overcurrent state, the
In FIG. 7, the
Next, the MCU 105A determines the number of operating power supply units based on the calculated load current, and drives / stops the other power supply unit 100B as a slave (steps S16 and S17).
The above process is repeatedly executed until the power supply of the entire power supply system is turned off. (Step S18).
図5〜図7に示した従来技術では、例えば、スレーブ側の電源ユニット100Bのコンバータ部101Bが正常に動作していてもMCU(スレーブ)105Bに異常があってコンバータ部101Bの出力電流検出値をマスタ側の電源ユニット100Aが正確に取得できない場合がある。
このような場合には、マスタ側の電源ユニット100Aが、各電源ユニットの出力電流検出値に基づく負荷電流の算出や、スレーブ側の電源ユニットの駆動台数の決定等を適切に行うことができなくなり、一部の電源ユニットが過負荷状態になって装置の故障や破壊を招く恐れがあった。
5-7, for example, even if the
In such a case, the master-side power supply unit 100A cannot appropriately calculate the load current based on the output current detection value of each power supply unit or determine the number of slave-side power supply units to be driven. In some cases, some power supply units are overloaded, resulting in device failure or destruction.
そこで、本発明の解決課題は、複数台の電源ユニットのうちの何れかのユニットの運転停止を、当該停止ユニットからの送信情報に依存することなく判定可能としてその後の異常処理やバックアップ処理等を可能にした電源システムを提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that it is possible to determine the operation stop of any of the plurality of power supply units without depending on the transmission information from the stop unit, and to perform subsequent abnormal processing, backup processing, etc. It is to provide a power supply system that can be realized.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、互いに並列に接続された複数台の電源ユニットにより負荷に電力を供給する電源システムであって、各電源ユニットに対する起動停止指令を送信可能な制御・監視部を備えた電源システムにおいて、
前記電源ユニットは、前記電源システム内の他の電源ユニットの停止を判定する停止判定部をそれぞれ備え、
前記停止判定部は、
自己の電源ユニットの出力を測定したユニット測定値と、前記複数台の電源ユニットによる前記負荷への供給電力を測定した負荷測定値と、を用いて、所定時間内に変化した前記ユニット測定値の比率と前記負荷測定値の比率との偏差を演算し、前記偏差が所定のしきい値を超えた場合に前記他の電源ユニットが停止していることを判定して停止判定信号を前記制御・監視部に送信することを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
The power supply units each include a stop determination unit that determines stop of other power supply units in the power supply system,
The stop determination unit
Using the unit measurement value obtained by measuring the output of its own power supply unit and the load measurement value obtained by measuring the power supplied to the load by the plurality of power supply units, the unit measurement value changed within a predetermined time. A deviation between the ratio and the ratio of the load measurement value is calculated, and when the deviation exceeds a predetermined threshold, it is determined that the other power supply unit is stopped, and the stop determination signal is It transmits to a monitoring part, It is characterized by the above-mentioned.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載した電源システムにおいて、前記他の電源ユニットに対して停止指令を送信していないにも関わらず前記停止判定信号を受信した前記制御・監視部は、前記電源システム内の起動可能な電源ユニットに対して起動指令を送信することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the power supply system according to the first aspect, the control / monitoring unit that has received the stop determination signal even though the stop command is not transmitted to the other power supply unit. A start command is transmitted to a startable power supply unit in the power supply system.
請求項3に係る発明は、請求項2に記載した電源システムにおいて、前記停止判定信号を受信した前記制御・監視部は、前記他の電源ユニットを除く全ての電源ユニットに対して起動指令を送信することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the power supply system according to the second aspect, the control / monitoring unit that has received the stop determination signal transmits a start command to all the power supply units except the other power supply units. It is characterized by doing.
請求項4に係る発明は、請求項2または3に記載した電源システムにおいて、前記停止判定信号を受信した前記制御・監視部は、前記他の電源ユニットが故障により停止していることを検出してアラームを発生することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the power supply system according to the second or third aspect, the control / monitoring unit that has received the stop determination signal detects that the other power supply unit has stopped due to a failure. And an alarm is generated.
請求項5に係る発明は、請求項1〜4の何れか1項に記載した記載した電源システムにおいて、前記しきい値を、前記所定時間内に変化した前記負荷測定値の比率と前記電源システム内の電源ユニットの全台数とに基づいて設定することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the power supply system according to any one of the first to fourth aspects, the threshold value is a ratio of the load measurement value changed within the predetermined time and the power supply system. And setting based on the total number of power supply units.
請求項6に係る発明は、請求項1〜5の何れか1項に記載した記載した電源システムにおいて、前記ユニット測定値及び前記負荷測定値が電力または電流であることを特徴とする。
The invention according to
請求項7に係る発明は、請求項1〜6の何れか1項に記載した記載した電源システムにおいて、前記電源ユニットが交流/直流変換を行う電力変換器であることを特徴とする。
The invention according to
本発明によれば、故障により停止した電源ユニットが自己の状態を上位の制御・監視部に直接通知できない場合であっても、当該電源ユニットの停止判定信号を他の健全な電源ユニットから制御・監視部に通知することが可能である。これにより、制御・監視部は、故障ユニット以外の電源ユニットを起動させるバックアップ処理やアラーム発生等の異常処理を迅速に行うことができ、一部の電源ユニットが過負荷状態になるのを防止することができる。 According to the present invention, even when a power supply unit that has stopped due to a failure cannot directly report its own state to a higher-level control / monitoring unit, a stop determination signal for the power supply unit is controlled from another healthy power supply unit. It is possible to notify the monitoring unit. As a result, the control / monitoring unit can quickly perform backup processing that activates power supply units other than the failed unit and abnormal processing such as alarm generation, and prevents some power supply units from becoming overloaded. be able to.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態に係る電源システムの構成図である。同図において、電源システムPSは、三相電力系統41に接続された変圧器42の二次側の単相交流電力を直流電力に変換して負荷50に供給する3台の電源ユニットPSU1,PSU2,PSU3を備え、これらの電源ユニットPSU1,PSU2,PSU3は互いに並列に接続されている。
ここで、電源ユニットの台数は任意の複数台であれば良い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply system according to this embodiment. In the figure, a power supply system PS includes three power supply units PSU1 and PSU2 that convert single-phase AC power on the secondary side of a
Here, the number of power supply units may be any plural number.
電源ユニットPSU1,PSU2,PSU3の出力側には、各ユニットの出力電力P1,P2,P3をそれぞれ測定するユニット出力測定部21,22,23が設けられる。また、全ユニットの出力側の共通接続点と負荷50との間には、負荷電力(各ユニットの出力電力の合計値)Lを測定する負荷測定部20が設けられる。
On the output side of the power supply units PSU1, PSU2, and PSU3, unit
電源ユニットPSU1,PSU2,PSU3には、他の電源ユニットが停止状態であることを判定する停止判定部11,12,13がそれぞれ設けられている。これらの停止判定部11,12,13には、対応するユニット出力測定部21,22,23による電力測定値(以下、ユニット測定値という)P1,P2,P3と負荷測定部20による電力測定値(以下、負荷測定値という)Lとがそれぞれ入力されている。停止判定部11,12,13は、入力されたユニット測定値及び負荷測定値に基づいて他の電源ユニットが運転を停止していることを判定し、停止判定信号SB1,SB2,SB3を生成して上位の制御・監視部30に送信する。
The power supply units PSU1, PSU2, and PSU3 are provided with
制御・監視部30は、電源ユニットPSU1,PSU2,PSU3に対する動作指令(起動指令または停止指令)SA1,SA2,SA3を送信可能であると共に、停止判定信号SB1,SB2,SB3に基づいてアラームを出力する機能を備えている。
The control /
この実施形態では、ユニット出力測定部21,22,23及び負荷測定部20が電力を測定しているが、それぞれ電流を測定して停止判定部11,12,13における判定処理に用いても良い。
In this embodiment, the unit
次に、この実施形態の動作を説明する。
図2は、電源ユニットPSU1,PSU2,PSU3の停止判定部11,12,13及び制御・監視部30の動作を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、2台の電源ユニットPSU1,PSU2が運転されていて負荷電力を均等に分担しており、残りの電源ユニットPSU3は制御・監視部30からの停止指令によりもともと運転を停止しているものとする。
ここでは、図2に基づいて、電源ユニットPSU1の停止判定部11の動作を制御・監視部30の動作と共に説明するが、他の電源ユニットPSU2の停止判定部12の動作も同様である。
Next, the operation of this embodiment will be described.
FIG. 2 is a flowchart showing operations of the
Here, based on FIG. 2, the operation of the
図2において、電源ユニットPSU1の停止判定部11は、まず、時刻t及び過去時刻(t−1)における自己のユニット測定値P1の変化の比率と負荷測定値Lの変化の比率とをそれぞれ計算する(ステップS1)。
ここで、時刻tと過去時刻(t−1)とは、1サンプリング周期を隔てた時刻であり、上述したユニット測定値P1の変化の比率をPt/Pt−1とし、負荷測定値Lの変化の比率をLt/Lt−1として表す。
なお、ユニット出力測定部21,22,23及び負荷測定部20が電流をそれぞれ測定する場合には、停止判定部11が、時刻t及び過去時刻(t−1)における自己のユニットの出力電流測定値の変化の比率と負荷電流測定値の変化の比率とをそれぞれ計算する。
2, the
Here, the time t and the past time (t−1) are times separated by one sampling period, and the ratio of the change of the unit measurement value P 1 described above is P t / P t−1 and the load measurement value. The ratio of change in L is expressed as L t / L t-1 .
When the unit
次に、停止判定部11は、各測定値の比率の偏差εを以下の数式により計算する(ステップS2)。
ε=(Pt/Pt−1)−(Lt/Lt−1)
更に、上記偏差εの絶対値|ε|が、所定のしきい値εuを超えたか否かを判断する(ステップS3)。このステップS3の判断結果に応じて、停止判定部11は他の電源ユニットPSU2が停止しているか、あるいは正常に運転されているかを判定する。
Next, the
ε = (P t / P t−1 ) − (L t / L t−1 )
Further, it is determined whether or not the absolute value | ε | of the deviation ε exceeds a predetermined threshold value ε u (step S3). Depending on the determination result of step S3, the
以下では、ユニット測定値及び負荷測定値の変動に応じた停止判定部11の判定動作を、上述した図2と、ユニット測定値及び負荷測定値の様々な変動パターンを示す図3を参照しつつ説明する。
In the following, the determination operation of the
図3(1)は、数式1のように、過去時刻(t−1)から時刻tまで、自己のユニット測定値P(P1)及び負荷測定値Lがほとんど変化していない場合である。
図3(2)は、数式2に示すように、過去時刻(t−1)から時刻tの間に自己のユニット測定値P及び負荷測定値Lが何れも増加しているが、偏差εの絶対値|ε|がしきい値εuを超えていない場合である。
図3(3)は、数式3に示すように、過去時刻(t−1)から時刻tの間で、負荷測定値Lはほとんど変化していないのに対して自己のユニット測定値Pが増加しており、偏差εの絶対値|ε|がしきい値εuを超えている場合である(ステップS3YES)。
図3(4)は、数式4に示すように、過去時刻(t−1)から時刻tの間で自己のユニット測定値P及び負荷測定値Lが何れも増加しており、絶対値|ε|がしきい値εuを超えている場合である(ステップS3YES)。
図3(5)は、数式5に示すように、過去時刻(t−1)から時刻tの間で自己のユニット測定値P及び負荷測定値Lが何れも減少しているが、偏差εの絶対値|ε|がしきい値εuを超えていない場合である。
図3(6)は、数式6に示すように、過去時刻(t−1)から時刻tの間で、負荷測定値Lはほとんど変化していないのに対して自己のユニット測定値Pが減少しており、偏差εの絶対値|ε|がしきい値εuを超えている場合である(ステップS3YES)。
但し、絶対値|ε|がしきい値εuを超えているため、ステップS3の判断結果はYESとなり、停止判定部11は停止判定信号SB1を制御・監視部30に送信する(ステップS4)。しかし、時刻t以前には、他の電源ユニットPSU3に対して停止指令が送られていたはずであるから、図2における後述のステップS5の判断はNOとなり、結果的に、電源ユニットPSU2は停止しておらず正常に運転されていると判定される。
In FIG. 3 (6), as shown in
However, the absolute value | epsilon | because exceeds the threshold epsilon u, the determination result is YES in step S3, the
図3(7)は、数式7に示すように、過去時刻(t−1)から時刻tの間で、自己のユニット測定値P及び負荷測定値Lが何れも減少し、偏差εの絶対値|ε|がしきい値εuを超えている場合である(ステップS3YES)。
従って、停止判定部11は、他の電源ユニットPSU2が停止していると判定し、制御・監視部30に停止判定信号SB1を送信する(ステップS4)。
FIG. 3 (7) shows that the unit measurement value P and the load measurement value L both decrease from the past time (t-1) to the time t, and the absolute value of the deviation ε, as shown in
Therefore, the
図3(8)は、数式8に示すように、過去時刻(t−1)から時刻tの間で、負荷測定値Lが減少しているのに対して自己のユニット測定値Pが増加し、絶対値|ε|がしきい値εuを超えている場合である(ステップS3YES)。
図2のフローチャートにおいて、制御・監視部30は、他の電源ユニットPSU2に対して時刻tに停止指令を送信していないにも関わらず、電源ユニットPSU1から、前述した図3(6)のケースを除く停止判定信号SB1を受信した場合(ステップS5YES)、その停止判定信号SB1は電源ユニットPSU2の故障に起因した停止によるものと判定する(ステップS6)。
すなわち、図3に示したような各種の変動パターンは通常の起動停止時にも生じ得るが、何れかの電源ユニットに対して停止指令を送信していないにも関わらず、図3(3),(4),……等の変動パターンが発生して電源ユニットPSU1から停止判定信号SB1を受信した場合には、電源ユニットPSU2が故障により停止したことを検出するものである。
In the flowchart of FIG. 2, the control /
That is, various fluctuation patterns as shown in FIG. 3 can also occur during normal start / stop, but despite the fact that no stop command is transmitted to any of the power supply units, FIG. (4), when the variation pattern of ...... etc. receives a stop determination signal S B1 from the power supply unit PSU1 occurred is to detect that the power supply PSU2 stops because of a breakdown.
制御・監視部30は、停止判定信号SB1により電源ユニットPSU2の故障による停止を検出したら、他の停止状態にある電源ユニット、例えば電源ユニットPSU3に対する起動指令SA3を生成して電源ユニットPSU3に送信すると共に、電源ユニットPSU2の故障を通報するためのアラームを発生する等の処理を実行する(ステップS6)。
Control and
なお、制御・監視部30が、時刻tに停止指令を送信していないにも関わらず何れかの電源ユニットから停止判定信号を受信した場合には、もともと停止していた健全な全ての電源ユニットに起動指令を送信してこれらを起動することが望ましい。また、健全な電源ユニットが既に全台運転中である場合には、予備の電源ユニットを更に起動するようにしても良い。
If the control /
以上のように、本実施形態によれば、ある電源ユニットが故障により停止した場合でも、制御・監視部30は他の健全な電源ユニットからの停止判定信号に基づいて異常を検出可能であるため、その後に健全な電源ユニットを起動させてバックアップ運転を行う等の処理を講じることができる。これにより、運転中の健全な電源ユニットが過負荷になるおそれがなく、電源システムの安全かつ継続的な運転を維持することができる。また、制御・監視部30からアラームを出力してユーザに保守・点検作業を促すことも可能である。
As described above, according to the present embodiment, even when a certain power supply unit is stopped due to a failure, the control /
次に、図4は、ある電源ユニットの停止により運転台数が減少した時のユニット測定値、負荷測定値等を示す図である。この図4において、Nは電源システムが有する電源ユニットの全台数であり、2以上の自然数である。 Next, FIG. 4 is a diagram illustrating unit measurement values, load measurement values, and the like when the number of operating units decreases due to a certain power supply unit being stopped. In FIG. 4, N is the total number of power supply units included in the power supply system, and is a natural number of 2 or more.
N台の電源ユニットが負荷電力を均等に分担している状態で、時刻(t−1)と時刻tとの間で1台の電源ユニットが停止し、時刻tでは運転中の電源ユニットが(N−1)台に減少したと仮定する。この場合、時刻(t−1),tにおけるユニット測定値P及び負荷測定値Lは、負荷測定値Lt−1,Lt及び全台数Nの関数としてそれぞれ表すことができ、ユニット測定値Pの変化の比率(Pt/Pt−1)と負荷測定値Lの変化の比率(Lt/Lt−1)との偏差εは(Lt/Lt−1)・{1/(N−1)}となるから、前述した数式1〜8の停止判定に用いるしきい値εuは数式9により設定すれば良い。
[数式9]
εu=(Lt/Lt−1)・{1/(N−1)}
With the N power supply units equally sharing the load power, one power supply unit stops between time (t−1) and time t, and at time t, N-1) It is assumed that the number has decreased. In this case, the unit measurement value P and the load measurement value L at times (t−1) and t can be expressed as functions of the load measurement values L t−1 , L t and the total number N, respectively. The deviation ε between the change ratio (P t / P t-1 ) and the change ratio (L t / L t-1 ) of the load measurement value L is (L t / L t-1 ) · {1 / ( N−1)}, the threshold value ε u used for the stop determination of the above-described
[Formula 9]
ε u = (L t / L t−1 ) · {1 / (N−1)}
本発明は、複数台のスイッチング電源が並列接続された電源システムや、無停電電源装置の直流電源部を構成する電源システムとして利用することができる。 The present invention can be used as a power supply system in which a plurality of switching power supplies are connected in parallel or a power supply system constituting a DC power supply unit of an uninterruptible power supply.
11,12,13: 停止判定部
20: 負荷測定部
21,22,23:ユニット出力測定部
30:制御・監視部
41:三相電力系統
42:変圧器
50:負荷
PS:電源システム
PSU1,PSU2,PSU3:電源ユニット
11, 12, 13: Stop determination unit 20:
Claims (7)
前記電源ユニットは、前記電源システム内の他の電源ユニットの停止を判定する停止判定部をそれぞれ備え、
前記停止判定部は、
自己の電源ユニットの出力を測定したユニット測定値と、前記複数台の電源ユニットによる前記負荷への供給電力を測定した負荷測定値と、を用いて、所定時間内に変化した前記ユニット測定値の比率と前記負荷測定値の比率との偏差を演算し、前記偏差が所定のしきい値を超えた場合に前記他の電源ユニットが停止していることを判定して停止判定信号を前記制御・監視部に送信することを特徴とする電源システム。 A power supply system that supplies power to a load by a plurality of power supply units connected in parallel to each other, and includes a control / monitoring unit capable of transmitting a start / stop command to each power supply unit.
The power supply units each include a stop determination unit that determines stop of other power supply units in the power supply system,
The stop determination unit
Using the unit measurement value obtained by measuring the output of its own power supply unit and the load measurement value obtained by measuring the power supplied to the load by the plurality of power supply units, the unit measurement value changed within a predetermined time. A deviation between the ratio and the ratio of the load measurement value is calculated, and when the deviation exceeds a predetermined threshold, it is determined that the other power supply unit is stopped, and the stop determination signal is A power supply system that transmits to a monitoring unit.
前記他の電源ユニットに対して停止指令を送信していないにも関わらず前記停止判定信号を受信した前記制御・監視部は、前記電源システム内の起動可能な電源ユニットに対して起動指令を送信することを特徴とする電源システム。 In the power supply system according to claim 1,
The control / monitoring unit that has received the stop determination signal despite not transmitting a stop command to the other power supply unit transmits a start command to a startable power supply unit in the power supply system. A power supply system characterized by
前記停止判定信号を受信した前記制御・監視部は、前記他の電源ユニットを除く全ての電源ユニットに対して起動指令を送信することを特徴とする電源システム。 In the power supply system according to claim 2,
The control / monitoring unit that has received the stop determination signal transmits a start command to all the power supply units except the other power supply units.
前記停止判定信号を受信した前記制御・監視部は、前記他の電源ユニットが故障により停止していることを検出してアラームを発生することを特徴とする電源システム。 The power supply system according to claim 2 or 3,
The control / monitoring unit that has received the stop determination signal detects that the other power supply unit is stopped due to a failure and generates an alarm.
前記しきい値を、前記所定時間内に変化した前記負荷測定値の比率と前記電源システム内の電源ユニットの全台数とに基づいて設定することを特徴とする電源システム。 In the power supply system described in any one of Claims 1-4,
The power supply system, wherein the threshold value is set based on a ratio of the load measurement values changed within the predetermined time and the total number of power supply units in the power supply system.
前記ユニット測定値及び前記負荷測定値が電力または電流であることを特徴とする電源システム。 In the power supply system described in any one of Claims 1-5,
The power supply system, wherein the unit measurement value and the load measurement value are electric power or current.
前記電源ユニットが交流/直流変換を行う電力変換器であることを特徴とする電源システム。 In the power supply system described in any one of Claims 1-6,
The power supply system, wherein the power supply unit is a power converter that performs AC / DC conversion.
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