JP3592578B2

JP3592578B2 - Uninterruptible power system

Info

Publication number: JP3592578B2
Application number: JP13396899A
Authority: JP
Inventors: 利治梅津; 修左右田
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: JP2000324721A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、停電時にも負荷に電源を供給することができる無停電電源装置と、その運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無停電電源装置は、商用交流電源が停電時に負荷に交流電源を供給するためのもので、図５に示すように、入力端子２において受電した商用交流電源を開閉器４を介して整流器６に供給して、直流電源に変換する。この直流電源によって蓄電池８を充電すると共に、インバータ１０によって交流電源に再変換する。再変換された交流電源を交流スイッチ１２を介して負荷１４に供給している。なお、交流スイッチ１２は、過負荷等によりインバータ１０から交流電源を負荷１４に供給できないときに、商用交流電源から負荷に交流電源を供給するため、入力端子１２と負荷１４とを接続するように切り換えられる。
【０００３】
図６（ａ）は入力端子２への商用交流電源の供給状態を示し、同図（ｂ）はインバータ１０の動作状態を示し、同図（ｃ）は蓄電池８の充電状態を示している。同図（ａ）に示すように時刻ｔ１において商用交流電源が停電すると、同図（ｃ）に示すように蓄電池８が放電を開始し、インバータ１０に直流電源を供給する。その結果、インバータ１０は、同図（ｂ）に示すように停電の前後も継続して運転し、負荷１４に交流電源を供給する。このとき、開閉器４は開放される。
【０００４】
時刻ｔ２において商用交流電源が回復すると、インバータ１０を商用交流電源に同期させた後、開閉器４を閉成し、商用交流電源から開閉器４、整流器６、インバータ１０、交流スイッチ１２を介して負荷１４に交流電源が継続して、供給される。同時に蓄電池８の充電が再開される。
【０００５】
蓄電池８の電圧は、同図（ｃ）に示すように、時刻ｔ１まで浮動充電されており、電圧は高い。時刻ｔ１で商用交流電源が停電すると、蓄電池８は、インバータ１０、交流スイッチ１２を介して負荷１４に交流電源を供給するので、蓄電池８の電圧は、放電と共に低下していく。時刻ｔ２において停電が回復すると、蓄電池８は充電され、その電圧は上昇していく。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の無停電電源装置では、商用交流電源が正常時には、蓄電池８は、浮動充電された状態で、商用交流電源が停電するのを待機している。即ち、蓄電池８は、その性能を殆ど引き出されていない。しかも、蓄電池は３年乃至５年の有寿命製品であるので、蓄電池８が設置されてから３年乃至５年が経過すると、さして使用されたことがないにも拘わらず、交換しなければならない。
【０００７】
交換までの期間を長くするために、蓄電池８の劣化を調査し、劣化が進んでいると判断されると、蓄電池８を交換するという案もあるが、その劣化状態を検出するのが極めて困難である。
【０００８】
しかも、日本の商用交流電源のように電力供給状態が安定している場合、例えば０．１秒程度の極わずかな停電に対処するためのものであるにもかかわらず、５分乃至１０分の停電を補償することができる蓄電池が用いられている。
【０００９】
このように、上記の無停電電源装置では、商用交流電源の停電に備えることのみを目的としており、せっかく蓄電池が使用されているにも拘わらず、その積極的な利用が行われていなかった。
【００１０】
本発明は、蓄電池の積極的な利用を図った無停電電源装置及びその運転方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による無停電電源装置は、商用交流電源を直流電源に変換して出力する順変換装置と、この順変換装置の出力側に入力側が接続され、入力された直流電源を交流電源に変換して、負荷に供給する直流−交流変換装置と、この直流−交流変換装置の入力側にのみ電流が流れる単方向性素子を介して出力側が前記直流−交流変換装置の入力側に接続された蓄電池と、前記商用交流電源を直流電源に変換して、前記蓄電池を充電する充電器と、計時手段を備え、この計時手段が予め定めた夜間時間帯を計時しているとき、前記順変換装置からの直流電源を前記直流−交流変換装置に供給させ、かつ前記充電器に前記蓄電池を充電させ、前記計時手段が前記夜間時間帯と異なる非夜間時間帯を計時しているとき、前記順変換装置からの直流電源を前記直流−交流変換装置に非供給とし、かつ前記充電器による前記蓄電池の充填を停止させる制御手段とを、具備している。
【００１２】
この無停電電源装置によれば、夜間時間帯、例えば電力料金が安くなっている時間帯に、充電器が蓄電池を充電する。同時に、直流−交流変換器に直流電源を順変換装置が供給し、負荷への交流電源の供給を継続する。そして、非夜間時間帯、例えば電力料金が通常の料金となった時間帯には、蓄電器から直流−交流変換装置に直流電源が供給され、直流−交流変換装置が直流電源を交流電源に変換し、負荷に供給する。即ち、電力料金が高い時間帯には、電力量委金が安い時間帯に充電された蓄電池の直流電源を利用して、負荷に交流電源を供給している。無論、この非夜間時間帯において、停電が生じても、蓄電池から直流−交流変換装置に直流電源が供給されているので、負荷への交流電源の供給が絶たれることはない。
【００１４】
このように、順変換装置及び充電器を設けることによって、直流−交流変換装置への直流電源の供給と、蓄電池への直流電源の供給とを、別々に行っている。従って、例えば蓄電池への充電完了後、予め定めた時間だけ順変換装置及び直流−交流変換装置によって負荷への電源供給を行って、蓄電池の放電を減らし、蓄電池の長寿命化を図ることができる。
【００１５】
具体的には、夜間時間帯の終了時刻と非夜間時間帯の開始時刻との間に第１の期間があり、非夜間時間帯の終了時刻と前記夜間時間帯の開始時刻との間に第２の期間があり、制御手段は、第１及び第２の期間のうち少なくとも一方において、充電器による蓄電池の充填を停止させ、かつ順変換装置からの直流電源を直流−交流変換装置に供給する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の無停電電源装置の第１の実施の形態を図１乃至図３に示す。この無停電電源装置は、電源入力端子２０を有し、これには商用交流電源が供給されている。この電源入力端子２０は、開閉手段、例えば開閉器２２を介して順変換装置、例えば整流器２４の入力側に接続されている。この整流器２４としては、例えば整流用ダイオード又はＳＣＲ等の整流素子を使用したものを使用できる。
【００２０】
また、電源入力端子２０は、開閉器２２を介して充電手段、例えば充電器２６の入力側に接続されている。この充電器２６も、整流器２４と同様にダイオード又はＳＣＲを具備するものとできる。この充電器２６の出力側は、蓄電池２８の正極側に接続されている。また蓄電池の負極側は、基準電位点、例えばグランドに接続されている。従って、開閉器２２が閉成されて、商用交流電源が充電器２６に供給されているとき、充電器２６が発生した直流電源によって蓄電池２８が充電される。蓄電池２８としては、例えば鉛蓄電池を使用することができる。
【００２１】
蓄電池２８の正極側は、蓄電池２８側からのみ電流が流れる単方向性素子、例えばダイオード３０を介して整流器２４の出力側に接続されている。ダイオード３０は、そのアノード側が蓄電池２８の正極側に接続され、カソード側が整流器２４の出力側に接続されている。従って、整流器２４によって蓄電池２８が充電されることはない。
【００２２】
これら開閉器２２、整流器２４及び充電器２８が、交流−直流変換装置を構成している。
【００２３】
整流器２４の出力側及びダイオード３０のカソードは、逆変換装置または直流−交流変換装置、例えばインバータ３２の入力側に接続されている。このインバータ３２には、ダイオード３０を介して蓄電池２８からの直流電源又は整流器２４の出力である直流電源が供給され、これを交流電源に変換する。この交流電源は、例えば商用交流電源と周波数が同一のものである。このインバータ３２は、例えば電力ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ又はバイポーラ電力トランジスタ等の半導体スイッチング素子を含み、入力された直流電源をこれら半導体スイッチング素子によって断続することによって交流電源に変換する。この交流電源の周波数が商用交流電源の周波数と同期するように、制御装置４０によって半導体スイッチング素子の制御が行われている。
【００２４】
このインバータ３２の出力の交流電源は、交流スイッチ３４に供給されている。交流スイッチ３４には、入力端子２０からの商用交流電源も供給されている。これらインバータ３２の出力の交流電源と、商用交流電源のうち選択されたものが、出力端子３６を介して負荷３８に供給されている。
【００２５】
開閉器２２、整流器２４、充電器２６、インバータ３２及び交流スイッチ３４は、制御手段、例えば制御装置４０によって制御される。
【００２６】
即ち、制御装置４０は、開閉駆動回路４２に制御信号を送ることによって開閉器２２を開放または閉成状態に切り換える。
【００２７】
また、制御装置４０は、整流器２４に制御信号を供給し、整流器２４がこれに入力された商用交流電源を整流する状態と、商用交流電源を整流していない非整流状態とのいずれかに切り換える。
【００２８】
同様に、制御装置４０は、充電器２６に制御信号を供給し、商用交流電源を整流し、蓄電池２８を充電する充電状態と、このような充電を行わない非充電状態とのいずれかに切り換える。
【００２９】
また、制御装置４０は、インバータ３２に制御信号を供給し、インバータ３２内の半導体スイッチング素子の導通、非導通状態を制御し、交流電源を発生させる。
【００３０】
さらに、制御装置４０は、交流スイッチ３４に制御信号を供給し、インバータ３２の出力及び入力端子２０からの商用交流電源の一方を出力端子３６に供給する。例えば、整流器２４、インバータ３２によって商用交流電源を負荷３８に供給している状態において、負荷３８側で過負荷となった場合には、交流スイッチ３４を切り換えて、商用交流電源から直接に負荷３８に交流電源を供給する。
【００３１】
制御装置４０は、計時手段、例えば時計を内蔵し、この計時値に従って、整流器２４、充電器２６を制御する。即ち、整流器２４と充電器２６とは、タイマ制御されている。例えば予め定めた夜間時間帯、例えば午後１１時から翌朝の午前７時までの深夜の時間帯には、整流器２４と充電器２６とを同時に作動させ、予め定めた非夜間時間帯、例えば午前９時から午後５時までの時間帯には、整流器２４と充電器２６とを停止させる。また、この夜間時間帯の終了時刻から非夜間時間帯までの間、例えば午前７時から午前９時までの時間帯と、非夜間時間帯の終了時刻から夜間時間帯の開始時刻までの間、例えば午後５時から午後１１までの時間帯には、整流器２４を動作させ、充電器２６を停止させている。なお、開閉器２２も整流器２４と同様に制御装置４０によって制御される。
【００３２】
即ち、制御装置４０は、非夜間時間帯には、整流器２４を停止させ、非夜間時間帯以外の時間帯には整流器２４を動作させている。開閉器２２も同様である。また、制御装置４０は、夜間時間帯のみ充電器２６を動作させ、それ以外の時間帯には停止させている。
【００３３】
なお、蓄電池２８の正極とダイオード３０のアノードとの間には、蓄電池２８の放電状態（例えば単位時間あたりの放電電流値）を監視する蓄電池劣化検知装置４４が設けられている。この蓄電池劣化検知装置４４は、蓄電池２８が劣化したと判断した場合、例えば単位時間あたりの電圧低下値が予め定めた値よりも多くなったとき、蓄電池劣化報知信号を制御装置４０に供給する。これによって、制御装置４０は、図示していない表示器を点灯させるか、或いは放音装置を作動させ、蓄電池２８が劣化していることを報知する。
【００３４】
この無停電電源装置の運転方法を図２及び図３を参照して説明する。なお、図２（ａ）は開閉器２２の動作状態を示し、同図（ｂ）は整流器２４の動作状態を示し、同図（ｃ）は充電器２６の動作状態を示し、同図（ｄ）はインバータ３２の動作状態を示し、同図（ｅ）は蓄電池２８の電圧状態を示している。
【００３５】
同図（ａ）に示すように夜間時間帯の開始前に、開閉器２４は閉成され、かつ整流器２４は動作しているとする。この状態において、夜間時間帯の開始時刻午後１１時になると、制御装置４０は、同図（ｃ）に示すように充電器２６を動作させ、蓄電池２８の充電を開始する。これに伴って、同図（ｅ）に示すように蓄電池２８の電圧は上昇を続ける。このとき、整流器２４によって得られた直流電源がインバータ３２に供給されており、インバータ３２によって変換された直流電源が、交流スイッチ３４を介して負荷３８に供給され、負荷３８は、その動作を継続する。
【００３６】
夜間時間帯の終了時刻である午前７時になると、制御装置４０は充電器２６を停止させる。これによって同図（ｅ）に示すように蓄電池２８の電圧上昇は停止する。同時に、負荷３８への交流電源は、整流器２４、インバータ３２、交流スイッチ３４を介して行われているので、蓄電池２８は放電せず、その電圧は同図（ｅ）に示すように低下していない。
【００３７】
非夜間時間帯の開始時刻である午前９時になると、制御装置４０は、開閉器２２を開放し、かつ整流器２４を停止させる。これによって、同図（ｅ）に示すように、蓄電池２８から放電が開始され、この放電による直流電源がインバータ３２に供給され、交流電源に変換され、交流スイッチ３４を介して負荷３８に供給される。従って、非夜間時間帯には、商用交流電源を使用しなくても、負荷３８に交流電源を供給することができ、しかも、この交流電源の供給には、従来には停電時にしか使用されていなかった蓄電池２８が使用されており、蓄電池２８の有効利用が図られている。さらに、蓄電池２８の充電は、電気料金が安い深夜料金である午後１１時から午前７時までの間に行われている。
【００３８】
非夜間時間帯の終了時刻である午後５時になると、制御装置４０は、開閉器２２を閉成し、かつ整流器２４を動作させる。これによって、負荷３８への交流電源の供給は、整流器２４、インバータ３２、交流スイッチ３４を介して行われる。但し、このとき、充電器２６は非動作状態にあり、蓄電池２８への充電は行われていない。そのため、午後９時以降、低下を続けていた蓄電池２８の電圧は、低下が停止し、以後、その値を維持する。そして、午後１１時になると、上述したように、充電器２６が動作を開始し、蓄電池２８の電圧が上昇を開始する。以下、同様な動作を繰り返す。
【００３９】
図３は、この無停電電源装置の運転時における商用交流電源の電力使用量を示したもので、電気料金が深夜料金となる午後１１時から午前７時までの間に、蓄電池２８の充電が行われている。このとき、負荷３８への交流電源の供給が整流器２４、インバータ２６によって行われているので、最も多くの電力使用量となっている。即ち、料金の安い時間帯の使用量が最も多い。また、非夜間時間帯である午前９時から午後５時までの間は、蓄電池２８の放電によって負荷３８に電源の供給が行われているので、電力使用量は零である。
【００４０】
さらに、夜間時間帯と非夜間時間帯との間である午前７時から午前９時までの間、非夜間時間帯と夜間時間帯との間である午後５時から午後１１時までの間には、蓄電池２８の充電は行われずに、整流器２４、インバータ３２によって負荷３８への電源供給が行われているので、深夜料金の時間帯ではないが、電力使用量は少ない。また、この間には、蓄電池２８の充電も放電も行われない。従って、蓄電池２８は常に充電及び放電が繰り返されることがないので、蓄電池２８の寿命を延ばすことができる。このように蓄電池２８の充放電が行われない時間帯が得られるのは、負荷３８に電源を供給するための整流器２４と、蓄電池２８の充電用の充電器２６とを、別個に設けているからである。
【００４１】
なお、午後５時から午後１１時までの間における蓄電池２８の容量は、このときに停電が生じても、負荷３８に予め定めた時間にわたって継続して所定の交流電源を供給することができる値に設定されている。午後１１時以降から翌日の午後５時までの間の蓄電池２８の電圧は、上述した午後５時から午後１１時までの間における蓄電池２８の電圧よりも高い電圧であるので、午後１１時以降から翌日の午後５時までの間に停電が生じても、予め定めた時間にわたって所定の交流電源を負荷３８に供給することができる。また、停電が回復すると、その時点における本来の動作に戻る。即ち、夜間時間帯では蓄電池２８の充電と負荷への電源供給、非夜間時間帯では蓄電池２８による負荷３８への電源供給、夜間時間帯から非夜間時間帯までの間及び非夜間時間帯から夜間時間帯までの間では整流器２４による電源供給を行う。
【００４２】
なお、午前９時から午後５時までの間に、商用交流電源が停電した場合、インバータ３２は、商用交流電源とは非同期で自走発振した周波数で交流電源を出力しているので、停電が回復したときには、インバータ３２を商用交流電源と同期させる。
【００４３】
この無停電電源装置において使用される充電器２６と蓄電池２８との容量は、例えば次のようなものである。入力電圧が単相１００Ｖ、出力容量が３０００Ｗである無停電電源装置とすると、整流器２４の出力電圧は１００＊√２＝１４４となる。これに対応する蓄電池は１セルの電圧を２Ｖとすると、７２セルを直列に接続することによって、整流器２４の出力電圧に等しい電圧となる。蓄電池２８の放電電流は、無停電電源装置の力率を０．８、インバータ３２の直流−交流変換効率を０．９とすると、３０００＊０．８／（０．９＊１４４）＝１８．５Ａとなる。非夜間時間帯（午前９時から午後５時）の８時間の放電量は、１８．５Ａ＊８Ｈ＝１４８ＡＨである。従って充電効率を８０％とすると、蓄電池２８として１４８／０．８＝１８５ＡＨのものを選定すればよい。そこで、ＭＳＥ２００の７２セルが蓄電池２８として使用される。
【００４４】
充電器２６では、１セルを２Ｖに充電するのに最大２．５Ｖが必要であるので、７２セル＊２．５Ｖ＝１８０Ｖの出力電圧が必要である。同じく１８５ＡＨを８時間で充電する必要があるので、出力電流は１８５ＡＨ／８Ｈ＝２３Ａである。従って、充電器２６としては、１８０Ｖ、２３Ａを出力する必要がある。
【００４５】
次に、この無停電電源装置の電力使用量について説明する。夜間時間帯の８時間に必要な電力は次の通りである。蓄電池２８の充電に要する電力量が１８０Ｖ＊２３Ａ／０．９＝４６００Ｗであり、整流器２４、インバータ３２での電力使用量が３０００Ｗ＊０．８／０．９＝２６６７Ｗである。よって、合計して約７．３ｋＷの電力量である。これが８時間使用されるので、電力使用量は７．３ｋＷ＊８＝５８．４ｋＷＨである。
【００４６】
非夜間時間帯に必要な電力使用量は０である。
【００４７】
夜間時間帯から非夜間時間帯までの間（午前７時から午前９時）と非夜間時間帯から夜間時間帯までの間（午後５時から午後１１時）における必要電力は、上述した整流器２４、インバータ３２での電力使用量に等しく２６６７Ｗである。これが合計８時間にわたって使用されるので、２６６７Ｗ＊８＝２１．３ｋＷＨである。
【００４８】
電力料金は、夜間時間帯では６円／ｋＷＨであり、夜間時間帯から非夜間時間帯までの間と非夜間時間帯から夜間時間帯までの間には２２円／ｋＷＨである。従って、１月あたりの夜間時間帯の電力料金は、５８．４ｋＷＨ／日＊６円／ｋＷＨ＊３０日＝１０５１２円である。１月あたりの夜間時間帯から非夜間時間帯までの間と非夜間時間帯から夜間時間帯までの間の電力料金は、２１．３ｋＷＨ／日＊２２円／ｋＷＨ＊３０日＝１４０５８円である。合計の１月当たりの電力料金は、２４５７０円である。
【００４９】
これに対し、従来型の無停電電源装置では、上記の夜間時間帯から非夜間時間帯までの間と非夜間時間帯から夜間時間帯までの間と同様２６６７Ｗの電力量が少なくとも必要であるので、２．６６７ｋＷ＊２４Ｈ＊２２円／ｋＷＨ＊３０日＝約４２２４０円である。従って、４２２４０−２４５７０＝１７６７０（円／月）の経済効率が得られる。
【００５０】
図４に本発明の第２の実施の形態の無停電電源装置を示す。これでは、２系統の無停電電源装置４６ａ、４６ｂが設けられている。これらに共通に蓄電池２８が設けられている。無停電電源装置４６ａ、４６ｂの構成要素は、第１の実施の形態の無停電電源装置の構成要素と同等であるので、同一符号に符号ａまたはｂを付して、その説明を省略する。なお、充電器２６に対して独立に開閉器２２ｃが設けられている。開閉駆動装置４２は、各開閉器２２ａ、２２ｂ、２２ｃを個別に開閉制御する。この無停電電源装置の動作は、図１の無停電電源装置と同様であるので、詳細な説明は省略する。このように２系統の無停電電源装置に対して共通に１台の蓄電池２８を使用しているので、コストを低下させることができる。
【００５１】
上記の両実施の形態では、充電器と整流器とを別個に設けたが、整流器から充電器を浮動充電するように構成し、充電器を省略することもできる。また、整流器は、制御装置４０からの制御信号に基づいて運転及び停止するものとしたが、制御装置４０から制御せずに開閉器２２の開閉による電源の供給及び停止のみを行う単なるダイオードの全波または半波の整流回路としてもよい。また、上記の実施の形態では、蓄電池２８をインバータ３２の電源として使用する時間を、非夜間時間帯である午前９時から午後５時までの８時間としたが、これに限ったものではなく、例えば午後１２時から午後３時ように異なった時間帯とすることもできる。この場合、蓄電池２８の容量を小さくすることができ、充電器２６の容量も小さくできる。また、充電器２６としては、太陽電池や燃料電池を使用することもできる。この場合、商用交流電源の電力使用量を小さくすることができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、特定の時間帯に充電した蓄電池を用いて、上記特定の時間帯外の時間帯に負荷を作動させるようにしているので、単に無停電とするだけに従来使用されていた蓄電池の有効利用を図ることができ、かつ電力料金を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の無停電電源装置のブロック図である。
【図２】図１の無停電電源装置の動作説明図である。
【図３】図１の無停電電源装置の電力使用量を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の無停電電源装置のブロック図である。
【図５】従来の無停電電源装置のブロック図である。
【図６】図５の無停電電源装置の動作説明図である。
【符号の説明】
２２開閉器
２４整流器
２６充電器
３２インバータ
４０制御装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an uninterruptible power supply capable of supplying power to a load even during a power failure, and a method of operating the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an uninterruptible power supply is for supplying AC power to a load when a commercial AC power supply fails, and as shown in FIG. 5, a commercial AC power supply received at an input terminal 2 is connected to a rectifier via a switch 4. 6 to convert it to a DC power supply. The storage battery 8 is charged by the DC power supply, and is converted back to the AC power supply by the inverter 10. The reconverted AC power is supplied to the load 14 via the AC switch 12. When the AC switch 12 cannot supply AC power from the inverter 10 to the load 14 due to overload or the like, the AC switch 12 connects the input terminal 12 and the load 14 so as to supply AC power from the commercial AC power to the load. Can be switched.
[0003]
FIG. 6A shows the state of supply of commercial AC power to the input terminal 2, FIG. 6B shows the operation state of the inverter 10, and FIG. 6C shows the state of charge of the storage battery 8. When the commercial AC power supply fails at time t1 as shown in FIG. 3A, the storage battery 8 starts discharging as shown in FIG. 3C and supplies DC power to the inverter 10. As a result, the inverter 10 continuously operates before and after the power failure as shown in FIG. At this time, the switch 4 is opened.
[0004]
When the commercial AC power supply recovers at time t2, the inverter 10 is synchronized with the commercial AC power supply, the switch 4 is closed, and the switch is closed from the commercial AC power supply via the switch 4, the rectifier 6, the inverter 10, and the AC switch 12. The AC power is continuously supplied to the load 14. At the same time, charging of the storage battery 8 is restarted.
[0005]
The voltage of the storage battery 8 is floatingly charged until time t1, as shown in FIG. When the commercial AC power supply fails at time t1, the storage battery 8 supplies AC power to the load 14 via the inverter 10 and the AC switch 12, so that the voltage of the storage battery 8 decreases with discharge. When the power failure recovers at time t2, the storage battery 8 is charged and its voltage rises.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the uninterruptible power supply device described above, when the commercial AC power supply is normal, the storage battery 8 is in a floating charge state and waits for the commercial AC power supply to stop power. That is, the performance of the storage battery 8 is hardly brought out. Moreover, since the storage battery is a product with a life of 3 to 5 years, if the storage battery 8 has been installed for 3 to 5 years, it must be replaced even though it has not been used. .
[0007]
In order to extend the period until replacement, the deterioration of the storage battery 8 is investigated, and if it is determined that the deterioration has progressed, there is a plan to replace the storage battery 8, but it is extremely difficult to detect the deterioration state. It is.
[0008]
In addition, when the power supply state is stable as in the case of a commercial AC power supply in Japan, for example, it is intended to cope with a very small power failure of about 0.1 second, but it takes 5 to 10 minutes. Storage batteries that can compensate for power outages are used.
[0009]
As described above, the above-described uninterruptible power supply device is intended only for preparing for a power outage of the commercial AC power supply, and despite the fact that a storage battery is used, its active use has not been performed.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply that actively utilizes a storage battery and a method of operating the same.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
An uninterruptible power supply according to the present invention is a forward conversion device that converts a commercial AC power supply into a DC power supply and outputs the DC power supply, and an input side is connected to an output side of the forward conversion apparatus, and converts the input DC power supply into an AC power supply. And a storage battery having an output side connected to the input side of the DC-AC converter via a DC-AC converter for supplying a load and a unidirectional element in which current flows only to the input side of the DC-AC converter. And a charger for converting the commercial AC power supply to a DC power supply to charge the storage battery; and a timekeeping means. When the timekeeping means is clocking a predetermined night time zone, When the direct-current power supply is supplied to the DC-AC converter, and the charger is charged with the storage battery, and the timer is measuring a non-night time zone different from the night time zone, the forward conversion device DC power from And control means for stopping supply of the battery to the DC-AC converter and stopping charging of the storage battery by the charger.
[0012]
According to this uninterruptible power supply, the charger charges the storage battery during the night time, for example, during the time when the power rate is low. At the same time, the forward converter supplies DC power to the DC-AC converter, and continues to supply AC power to the load. Then, during a non-night time period, for example, during a time period when the power rate becomes a normal rate, DC power is supplied from the battery to the DC-AC converter, and the DC-AC converter converts the DC power into an AC power. Supply to the load. That is, in the time zone where the power rate is high, the load is supplied with the AC power source by using the DC power source of the storage battery charged in the time zone where the power charge is low. Of course, in this non-nighttime period, even if a power failure occurs, the DC power is supplied from the storage battery to the DC-AC converter, so that the supply of the AC power to the load is not interrupted.
[0014]
In this way, by providing the forward converter and the charger, the supply of the DC power to the DC-AC converter and the supply of the DC power to the storage battery are performed separately. Therefore, for example, after the charging of the storage battery is completed, power is supplied to the load by the forward conversion device and the DC-AC conversion device for a predetermined time, thereby reducing the discharge of the storage battery and extending the life of the storage battery. .
[0015]
Specifically, there is a first period between the end time of the night time zone and the start time of the non-night time zone, and the first period is between the end time of the non-night time zone and the start time of the night time zone. There are two periods, and the control means stops the charging of the storage battery by the charger and supplies DC power from the forward converter to the DC-AC converter in at least one of the first and second periods. .
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 to 3 show a first embodiment of the uninterruptible power supply according to the present invention. The uninterruptible power supply has a power input terminal 20 to which a commercial AC power is supplied. The power input terminal 20 is connected to an input side of a forward converter, for example, a rectifier 24 via a switching means, for example, a switch 22. As the rectifier 24, a rectifier using a rectifying element such as a rectifying diode or an SCR can be used.
[0020]
The power input terminal 20 is connected to a charging unit, for example, an input side of a charger 26 via a switch 22. This charger 26 can also be provided with a diode or SCR like the rectifier 24. The output side of the charger 26 is connected to the positive electrode side of the storage battery 28. The negative electrode side of the storage battery is connected to a reference potential point, for example, a ground. Therefore, when the switch 22 is closed and the commercial AC power is supplied to the charger 26, the storage battery 28 is charged by the DC power generated by the charger 26. As the storage battery 28, for example, a lead storage battery can be used.
[0021]
The positive electrode side of the storage battery 28 is connected to the output side of the rectifier 24 via a unidirectional element through which current flows only from the storage battery 28 side, for example, a diode 30. The diode 30 has an anode connected to the positive electrode of the storage battery 28 and a cathode connected to the output of the rectifier 24. Therefore, the storage battery 28 is not charged by the rectifier 24.
[0022]
The switch 22, the rectifier 24, and the charger 28 constitute an AC-DC converter.
[0023]
The output side of the rectifier 24 and the cathode of the diode 30 are connected to the input side of an inverter or a DC-AC converter, for example an inverter 32. The inverter 32 is supplied with a DC power supply from the storage battery 28 or a DC power supply which is an output of the rectifier 24 via a diode 30, and converts this into an AC power supply. This AC power supply has the same frequency as, for example, a commercial AC power supply. The inverter 32 includes a semiconductor switching element such as a power FET, an IGBT, a thyristor, or a bipolar power transistor, and converts an input DC power supply into an AC power supply by intermittently using the semiconductor switching elements. The control device 40 controls the semiconductor switching elements so that the frequency of the AC power supply is synchronized with the frequency of the commercial AC power supply.
[0024]
The AC power output from the inverter 32 is supplied to an AC switch 34. The AC switch 34 is also supplied with commercial AC power from the input terminal 20. A selected one of the AC power output from the inverter 32 and the commercial AC power is supplied to the load 38 via the output terminal 36.
[0025]
The switch 22, the rectifier 24, the charger 26, the inverter 32, and the AC switch 34 are controlled by control means, for example, a control device 40.
[0026]
That is, the control device 40 switches the switch 22 to the open or closed state by sending a control signal to the switch drive circuit 42.
[0027]
The control device 40 supplies a control signal to the rectifier 24, and switches the rectifier 24 to either a state in which the commercial AC power input to the rectifier is rectified or a non-rectified state in which the commercial AC power is not rectified. .
[0028]
Similarly, control device 40 supplies a control signal to charger 26, rectifies the commercial AC power supply, and switches between a charging state in which storage battery 28 is charged and a non-charging state in which such charging is not performed. .
[0029]
The control device 40 supplies a control signal to the inverter 32 to control the conduction and non-conduction of the semiconductor switching elements in the inverter 32 to generate an AC power supply.
[0030]
Further, the control device 40 supplies a control signal to the AC switch 34, and supplies one of the output of the inverter 32 and the commercial AC power from the input terminal 20 to the output terminal 36. For example, in a state where the commercial AC power is supplied to the load 38 by the rectifier 24 and the inverter 32, if the load 38 becomes overloaded, the AC switch 34 is switched to directly load the load 38 from the commercial AC power. Supply AC power to the
[0031]
The control device 40 has built-in clock means, for example, a clock, and controls the rectifier 24 and the charger 26 according to the clock value. That is, the rectifier 24 and the charger 26 are timer-controlled. For example, during a predetermined night time zone, for example, at midnight from 11:00 pm to 7:00 am the next morning, the rectifier 24 and the charger 26 are operated simultaneously to set a predetermined non-night time zone, for example, 9 am During the time period from time to 5:00 pm, the rectifier 24 and the charger 26 are stopped. In addition, from the end time of the night time zone to the non-night time zone, for example, from 7:00 am to 9:00 am, and from the end time of the non-night time zone to the start time of the night time zone, For example, during the time period from 5:00 pm to 11 pm, the rectifier 24 is operated and the charger 26 is stopped. The switch 22 is also controlled by the control device 40 in the same manner as the rectifier 24.
[0032]
That is, the control device 40 stops the rectifier 24 during the non-nighttime period, and operates the rectifier 24 during the non-nighttime period. The same applies to the switch 22. The control device 40 operates the charger 26 only during the night time zone, and stops the charger 26 during other time zones.
[0033]
In addition, between the positive electrode of the storage battery 28 and the anode of the diode 30, there is provided a storage battery deterioration detection device 44 for monitoring a discharge state (for example, a discharge current value per unit time) of the storage battery 28. When determining that the storage battery 28 has deteriorated, the storage battery deterioration detection device 44 supplies a storage battery deterioration notification signal to the control device 40, for example, when the voltage drop value per unit time becomes larger than a predetermined value. As a result, the control device 40 turns on an indicator (not shown) or activates the sound emitting device to notify that the storage battery 28 has deteriorated.
[0034]
An operation method of the uninterruptible power supply will be described with reference to FIGS. 2A shows the operation state of the switch 22, FIG. 2B shows the operation state of the rectifier 24, FIG. 2C shows the operation state of the charger 26, and FIG. ) Shows the operation state of the inverter 32, and FIG. 3E shows the voltage state of the storage battery 28.
[0035]
It is assumed that the switch 24 is closed and the rectifier 24 is operating before the start of the night time zone as shown in FIG. In this state, when the start time of the night time zone is 11:00 pm, the control device 40 operates the charger 26 to start charging the storage battery 28 as shown in FIG. Along with this, the voltage of the storage battery 28 continues to rise as shown in FIG. At this time, the DC power obtained by the rectifier 24 is supplied to the inverter 32, and the DC power converted by the inverter 32 is supplied to the load 38 via the AC switch 34, and the load 38 continues its operation. I do.
[0036]
At 7:00 am, which is the end time of the night time zone, control device 40 stops charger 26. This stops the voltage rise of the storage battery 28 as shown in FIG. At the same time, since the AC power supply to the load 38 is performed via the rectifier 24, the inverter 32, and the AC switch 34, the storage battery 28 does not discharge, and its voltage decreases as shown in FIG. Absent.
[0037]
At 9:00 am, which is the start time of the non-night time zone, the control device 40 opens the switch 22 and stops the rectifier 24. As a result, as shown in FIG. 2E, the discharge is started from the storage battery 28, and the DC power by this discharge is supplied to the inverter 32, converted into the AC power, and supplied to the load 38 via the AC switch 34. You. Therefore, during non-night hours, the AC power can be supplied to the load 38 without using the commercial AC power, and the AC power is conventionally supplied only during a power failure. The unused storage battery 28 is used, and the storage battery 28 is effectively used. Further, the charging of the storage battery 28 is performed between 11:00 pm and 7:00 am, which is a late-night rate at which the electricity rate is low.
[0038]
At 5:00 pm, which is the end time of the non-night time zone, control device 40 closes switch 22 and operates rectifier 24. Thus, the supply of the AC power to the load 38 is performed via the rectifier 24, the inverter 32, and the AC switch 34. However, at this time, the charger 26 is in a non-operating state, and the storage battery 28 is not charged. Therefore, the voltage of the storage battery 28, which has been decreasing since 9:00 pm, stops decreasing, and thereafter maintains the value. Then, at 11:00 pm, as described above, the charger 26 starts operating, and the voltage of the storage battery 28 starts increasing. Hereinafter, the same operation is repeated.
[0039]
FIG. 3 shows the power consumption of the commercial AC power supply during the operation of the uninterruptible power supply, and the charging of the storage battery 28 is performed between 11:00 pm and 7:00 am when the electricity rate becomes the late night rate. Is being done. At this time, since the supply of AC power to the load 38 is performed by the rectifier 24 and the inverter 26, the largest amount of power is used. That is, the usage amount is the largest during the time period when the fee is low. Further, during the non-nighttime period from 9:00 am to 5:00 pm, power is supplied to the load 38 by discharging the storage battery 28, and thus the power consumption is zero.
[0040]
In addition, between 7:00 am and 9:00 am between night and non-night hours, and between 5:00 pm and 11:00 pm between non-night and night hours. Since the storage battery 28 is not charged and the power is supplied to the load 38 by the rectifier 24 and the inverter 32, the power consumption is small, though not in the time zone of the midnight rate. During this time, neither charging nor discharging of the storage battery 28 is performed. Therefore, since the storage battery 28 is not repeatedly charged and discharged, the life of the storage battery 28 can be extended. The time period during which the storage battery 28 is not charged or discharged is obtained because the rectifier 24 for supplying power to the load 38 and the charger 26 for charging the storage battery 28 are separately provided. Because.
[0041]
Note that the capacity of the storage battery 28 between 5:00 pm and 11:00 pm is a value that allows a predetermined AC power to be continuously supplied to the load 38 for a predetermined period of time even if a power failure occurs at this time. Is set to Since the voltage of the storage battery 28 from 11:00 pm to 5:00 pm of the next day is higher than the above-described voltage of the storage battery 28 from 5:00 pm to 11:00 pm, the voltage of the storage battery 28 after 11:00 pm Even if a power failure occurs by 5:00 pm on the following day, a predetermined AC power supply can be supplied to the load 38 for a predetermined time. When the power failure is recovered, the operation returns to the original operation at that time. That is, charging of the storage battery 28 and power supply to the load during the night time zone, power supply to the load 38 by the storage battery 28 during the non-night time zone, and between the night time zone and the non-night time zone and from the non-night time zone to the night time Power is supplied by the rectifier 24 until the time period.
[0042]
If the commercial AC power supply fails during the period from 9:00 am to 5:00 pm, the inverter 32 outputs the AC power supply at the frequency of self-running oscillation asynchronous with the commercial AC power supply. Upon recovery, the inverter 32 is synchronized with the commercial AC power supply.
[0043]
The capacity of the charger 26 and the storage battery 28 used in the uninterruptible power supply is as follows, for example. Assuming that the uninterruptible power supply has an input voltage of single phase 100 V and an output capacity of 3000 W, the output voltage of the rectifier 24 is 100 * √2 = 144. Assuming that the voltage of one cell is 2 V, the voltage of the storage battery is equal to the output voltage of the rectifier 24 by connecting 72 cells in series. When the power factor of the uninterruptible power supply is 0.8 and the DC-AC conversion efficiency of the inverter 32 is 0.9, the discharge current of the storage battery 28 is 3000 * 0.8 / (0.9 * 144) = 18. 5A. The discharge amount for 8 hours in the non-night time zone (9:00 am to 5:00 pm) is 18.5A * 8H = 148AH. Therefore, assuming that the charging efficiency is 80%, it is sufficient to select a storage battery 28 of 148 / 0.8 = 185 AH. Therefore, 72 cells of the MSE 200 are used as the storage battery 28.
[0044]
Since the charger 26 requires a maximum of 2.5 V to charge one cell to 2 V, an output voltage of 72 cells * 2.5 V = 180 V is required. Similarly, since 185 AH needs to be charged in 8 hours, the output current is 185 AH / 8H = 23 A. Therefore, the charger 26 needs to output 180 V and 23 A.
[0045]
Next, the power consumption of the uninterruptible power supply will be described. The power required for eight hours in the night time zone is as follows. The amount of power required to charge the storage battery 28 is 180V * 23A / 0.9 = 4600W, and the amount of power used in the rectifier 24 and the inverter 32 is 3000W * 0.8 / 0.9 = 2667W. Therefore, the total electric energy is about 7.3 kW. Since this is used for 8 hours, the power consumption is 7.3 kW * 8 = 58.4 kWH.
[0046]
The power consumption required during the non-night hours is zero.
[0047]
The required power between the night time zone and the non-night time zone (7:00 am to 9:00 am) and between the non-night time zone and the night time zone (5 pm to 11 pm) is determined by the rectifier 24 described above. , Which is equal to the power consumption of the inverter 32 and is 2667 W. Since this is used for a total of 8 hours, 2667 W * 8 = 21.3 kWH.
[0048]
The power rate is 6 yen / kWH in the night time zone, and 22 yen / kWH in the night time zone to the non-night time zone and between the non-night time zone and the night time zone. Therefore, the power rate in the night time zone per month is 58.4 kWH / day * 6 yen / kWH * 30 days = 10512 yen. The electricity rate per month from the night time zone to the non-night time zone and from the non-night time zone to the night time zone is 21.3 kWH / day * 22 yen / kWH * 30 days = 14058 yen. . The total monthly power rate is 24,570 yen.
[0049]
On the other hand, in the conventional uninterruptible power supply, at least 2667 W of electric power is required as in the above-described period from the night time zone to the non-night time zone and between the non-night time zone and the night time zone. 2.667 kW * 24H * 22 yen / kWH * 30 days = about 42240 yen. Therefore, an economic efficiency of 42240-24570 = 17670 (yen / month) is obtained.
[0050]
FIG. 4 shows an uninterruptible power supply according to a second embodiment of the present invention. In this case, two uninterruptible power supply devices 46a and 46b are provided. A storage battery 28 is commonly provided for these components. The components of the uninterruptible power supplies 46a and 46b are the same as the components of the uninterruptible power supply according to the first embodiment. Note that a switch 22c is provided independently of the charger 26. The opening / closing drive device 42 controls the opening / closing of the switches 22a, 22b, 22c individually. The operation of this uninterruptible power supply is the same as that of the uninterruptible power supply of FIG. As described above, since one storage battery 28 is commonly used for the two uninterruptible power supply devices, the cost can be reduced.
[0051]
In both of the above embodiments, the charger and the rectifier are separately provided. However, the charger may be configured to be floatingly charged from the rectifier, and the charger may be omitted. Further, the rectifier is operated and stopped based on a control signal from the control device 40. However, the rectifier is a simple diode that only supplies and stops power by opening and closing the switch 22 without control from the control device 40. A wave or half-wave rectifier circuit may be used. Further, in the above embodiment, the time during which the storage battery 28 is used as the power source of the inverter 32 is eight hours from 9:00 am to 5:00 pm, which is a non-night time zone, but is not limited to this. For example, different time zones, such as 12:00 pm to 3:00 pm, can be used. In this case, the capacity of the storage battery 28 can be reduced, and the capacity of the charger 26 can also be reduced. As the charger 26, a solar cell or a fuel cell can be used. In this case, the power consumption of the commercial AC power supply can be reduced.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the load is operated in a time zone outside the specific time zone by using the storage battery charged in the specific time zone. It is possible to effectively use a storage battery that has been conventionally used, and to reduce a power rate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an uninterruptible power supply according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the uninterruptible power supply of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing the power consumption of the uninterruptible power supply of FIG. 1;
FIG. 4 is a block diagram of an uninterruptible power supply according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a conventional uninterruptible power supply.
FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the uninterruptible power supply of FIG. 5;
[Explanation of symbols]
22 Switch 24 Rectifier 26 Charger 32 Inverter 40 Controller

Claims

A forward converter that converts a commercial AC power supply to a DC power supply and outputs the converted power;
An input side is connected to an output side of the forward converter, a DC-AC converter that converts an input DC power supply into an AC power supply, and supplies the AC power to a load.
A storage battery whose output side is connected to the input side of the DC-AC converter via a unidirectional element in which current flows only to the input side of the DC-AC converter;
A charger that converts the commercial AC power into a DC power and charges the storage battery,
When the timekeeping means is clocking a predetermined night time zone, the DC power from the forward converter is supplied to the DC-AC converter, and the battery is charged in the charger. When the timer is measuring a predetermined non-night time zone different from the night time zone, the DC power from the forward converter is not supplied to the DC-AC converter, and the charger is not charged. Control means for stopping the charging of the storage battery by
There is a first period between the end time of the night time zone and the start time of the non-night time zone, and between the end time of the non-night time zone and the start time of the night time zone. There is a second period,
The control means stops charging of the storage battery by the charger during at least one of a first period and a second period, and supplies DC power from the forward converter to the DC-AC converter. Blackout power supply.