JP3671391B2

JP3671391B2 - 無停電電源システム

Info

Publication number: JP3671391B2
Application number: JP2000205255A
Authority: JP
Inventors: 透中村
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2000-07-06
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: JP2002027684A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply）の出力を無瞬断でバイパス電源に切り換える無停電電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、例えば文献「半導体交流無停電電源システム用スイッチ」（電気学会電気規格調査会、１９９１年１２月２５日、第１版第１刷発行）に示された従来の無停電電源システムを示す構成図である。
図７において、１は交流入力、２は図示しない蓄電池等の直流電源を備え無停電の交流電力を出力する無停電電源装置、３はバイパス電源、４はこのバイパス電源と無停電電源装置２の出力とを無瞬断で切り換える切換回路であり、この切換回路４は、機械式スイッチ４０１，４０２と、機械式スイッチ４０２に並列接続された半導体スイッチ４０３と、制御回路４０４と、リレー回路４０５とを備えている。５は、切換回路４の出力を受ける重要度の高いコンピュータ等の負荷である。
【０００３】
次に動作について説明する。
図７において、無停電電源装置２は、交流入力１により安定した交流電力を出力すると共に、図示しない蓄電池を充電し交流入力１の停電に備える。停電時は、蓄電池からの直流電力を変換して交流電力を出力する。切換回路４は、通常は無停電電源装置２の出力を負荷５に給電し、無停電電源装置２の故障等の際には、制御回路４０４により、故障等を検出してリレー回路４０５を動作させ、スイッチ４０１と４０２を切換制御することで、無瞬断でバイパス電源３からの給電に切り換える機能を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無停電電源システムは以上のように構成されているので、万一、無停電電源装置２が故障してバイパス電源３からの給電になると、無停電電源装置２を修理し復旧するまでの時間は無停電機能が喪失する。バイパス電源３には、通常は商用電源が使用されるので、ある確率で停電する可能性がある。このため、バイパス電源３からの給電中に停電が発生すると、負荷が停止するという問題点があった。また、同期制御が故障すると、無停電電源装置２の出力とバイパス電源３との無瞬断切換ができなくなり、この時に、万一、無停電電源装置２が故障すれば瞬断切換が発生して負荷が停止する等の問題点があった。
【０００５】
この発明は前記のような課題を解決するためになされたものであり、万一、無停電電源装置が故障しても、短時間で無停電電源装置よりの給電に復旧でき、無停電電源装置の修理に要する時間内のバイパス電源の停電による負荷の停止の危険を小さくすることができる無停電電源システムを得ることを目的とする。
また、同期制御の故障に対しても無瞬断切換を可能にすることができる無停電電源システムを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る無停電電源システムは、無停電の交流電力を出力する２台の無停電電源装置と、無停電電源装置の故障時に無瞬断でバイパス電源に切り換える２組の切換回路と、前記２組の切換回路の出力を開閉して２組の負荷への給電を任意に選択切換することで前記２台の無停電電源装置を相互にバックアップする第１のスイッチ群と、前記２台の無停電電源装置の出力を開閉する第２のスイッチ群とを備え、前記第１と第２のスイッチ群により、前記２台の無停電電源装置のいずれか一方の無停電電源装置を待機状態とする単機運転または両方の無停電電源装置を並列冗長運転状態とする並列運転のいずれかを選択し、前記２組の切換回路は、バイパス電源との同期制御を行う制御回路をそれぞれ備え、２台の無停電電源装置に共通の制御信号を送出し、前記各制御回路は、前記２組の制御回路の内選択されている一方が故障したときに他方に切り換えて無停電電源装置に共通の制御信号を送出すると共に、互いに他方の制御回路の正常動作を監視し、正常動作信号の喪失により他方の制御回路の故障を検知することを特徴とする。
また、前記各制御回路は、リレー回路を備え、リレー回路の出力により２台の無停電電源装置に送出する共通の制御信号を選択することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係る無停電電源システムの構成を示すブロック図である。
図１において、１ａ，１ｂは交流入力、２ａ，２ｂは図示しない蓄電池等の直流電源を備えてなる交流電力を出力する無停電電源装置、３ａ，３ｂはバイパス電源、４ａ，４ｂはバイパス電源３ａ，３ｂと無停電電源装置２ａ，２ｂの出力を無瞬断で切り換える切換回路であり、この切換回路４ａ，４ｂには、切換回路４ａを例にすると、機械式スイッチ４０１ａ，４０２ａと、機械式スイッチ４０２ａに並列接続された半導体スイッチ４０３ａと、制御回路４０４ａと、リレー回路４０５ａとを備えている。切換回路４ｂにも同様な構成を備えている。５ａ，５ｂは切換回路４ａ，４ｂの出力を受ける重要度の高いコンピュータ等の負荷である。６０１ａ，６０２ａと６０１ｂ，６０２ｂは２組の切換回路４ａ，４ｂの出力を開閉する機械式スイッチを示し、機械式スイッチ６０１ａ，６０２ａは、切換回路４ａまたは切換回路４ｂの出力を選択して負荷５ａへ給電し、機械式スイッチ６０１ｂ，６０２ｂは、同様に切換回路４ａまたは切換回路４ｂの出力を選択して負荷５ｂへ給電する。
【００１５】
次に動作について説明する。
通常、無停電電源装置２ａは、切換回路４ａ、スイッチ６０１ａを通して負荷５ａへ給電する。万一、無停電電源装置２ａが故障すると、切換回路４ａにより自動的にバイパス電源３ａから負荷５ａに給電する。すなわち、切換回路４ａにおいて、制御回路４０４ａにより、無停電電源装置２ａの故障が検出されると、リレー回路４０５ａを動作させて、スイッチ４０１ａ、４０２ａを切り換えて、負荷５ａへの給電を無停電電源装置２ａからバイパス電源３ａに切り換える。無停電電源装置２ｂ、切換回路４ｂ、負荷５ｂも、無停電電源装置２ａ、切換回路４ａ、負荷５ａの関係と同様である。
【００１６】
無停電電源装置２ａおよび無停電電源装置２ｂの出力容量を、負荷５ａと負荷５ｂの合計容量以上に選定しておくことにより、一方の無停電電源装置が故障した場合に、スイッチ６０２ａもしくは６０２ｂを通して他方の無停電電源装置から負荷へと給電できる。この場合、バイパス電源３ａ，３ｂに、共通の電源または同じ電圧、位相の電源を用いることにより、スイッチ６０１ａ，６０２ｂによる負荷５ａへの給電切換を無瞬断で行うことができる。同様に、スイッチ６０１ｂ，６０２ｂによる負荷５ｂへの給電切換を無瞬断で行うことができる。すなわち、スイッチ６０１ａ，６０２ｂと６０１ｂ，６０２ｂにより、２組の切換回路４ａ，４ｂと２組の負荷５ａ，５ｂとの接続を任意に選択切換できる。
【００１７】
以上のように、実施の形態１によれば、無停電電源システムを２重化し、給電切換のためのスイッチを設けたので、一方の無停電電源装置が故障した場合に、負荷への給電を無瞬断で短時間の内に他方の無停電電源装置からの給電に切り換えることが可能である。これにより、無停電電源装置の修理に要する時間内のバイパス電源の停電による負荷の停止の危険を非常に小さくすることが可能となる。
【００１８】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、２組の無停電電源システム２ａ，２ｂをスイッチ６０１ａ，６０２ａ，６０１ｂ，６０２ｂにより相互にバックアップする場合について述べたが、図２に示すように、無停電電源装置２ａ，２ｂの出力を開閉するスイッチ７０１ａ，７０１ｂ，７０２ａ，７０２ｂと、同期制御信号を選択するスイッチ４０６ａ，４０６ｂ，４０７ａ，４０７ｂを設け、無停電電源装置２ａと無停電電源装置２ｂとを単機運転または並列運転のいずれかを選択することも可能である。なお、図２において、その他の構成は図１に示す実施の形態１と同様である。
【００１９】
このようにしてなる図２に示す実施の形態２に係る構成によれば、図３に示すような各種の運用方式が選択可能になり、システムの信頼性を向上することができる。また、切換回路４ａ，４ｂの点検ににおいても、無停電電源装置２ａ，２ｂは並列冗長運転のまま、片系ずつ切換回路を点検することが可能になる。
以下、図３に示す各種の運用方式に従う各実施の形態について説明する。
【００２０】
実施の形態３．
図３の方式イに示す運用について説明する。
図２において、スイッチ７０２ａ，７０２ｂを開として無停電電源装置２ａ，２ｂは単機運転を行う。また、スイッチ６０２ａ，６０２ｂを開として切換回路４ａは負荷５ａへ、切換回路４ｂは負荷５ｂへと給電する。
この実施の形態３では、無停電電源装置の一方が故障によりバイパス給電となった場合やシステムの点検を一方ずつ行う時に、スイッチ６０１ａと６０２ａまたは６０１ｂと６０２ｂの切換により、短時間の内に、無瞬断で負荷を他方の無停電電源装置へ移し換えることを可能とすることができる。
【００２１】
実施の形態４．
図３の方式ロに示す運用について説明する。
スイッチ７０２ａ，７０２ｂを開として無停電電源装置は単機運転を行う。そして、スイッチ６０２ａ，６０２ｂを閉として負荷５ａ、負荷５ｂの両方に切換回路４ａまたは切換回路４ｂのいずれかより給電する。
例えば通常は無停電電源装置２ａ、切換回路４ａより給電し、無停電電源装置２ｂ、切換回路４ｂは待機状態とする。この時、無停電電源装置２ａの故障により切換回路４ａがバイパス給電となった場合や、無停電電源装置２ａ、切換回路４ａの点検を行う時に、スイッチ６０１ａと６０２ｂとの切換により、短時間の内に無瞬断で負荷を切換回路４ｂに移し換えることを可能とするものである。
この実施の形態４では、一方の無停電電源装置と切換回路が共に待機しているため、点検を行う場合に際し、無停電電源装置と切換回路とを組み合わせて試験を行うことができるという特長がある。
【００２２】
実施の形態５．
図３の方式ハに示す運用について説明する。
スイッチ７０２ａ，７０２ｂを閉としで無停電電源装置は並列運転を行う。この場合、スイッチ４０７ａ，４０７ｂを閉として各無停電電源装置に共通の制御信号を送信し並列運転を妨げないようにする。そして、スイッチ６０２ａ，６０２ｂを開として切換回路４ａは負荷５ａへ、切換回路４ｂは負荷５ｂへと給電する。無停電電源装置は並列運転しているので、１台の故障では残りの健全な無停電電源装置で給電が可能であり、バイパス給電となることはない。但し、負荷側に過電流が発生した場合等で無停電電源装置が給電を継続できなくなった時には、切換回路４ａ、切換回路４ｂともバイパス給電となる。
【００２３】
この実施の形態５においては、切換回路のスイッチ４０１ａ，４０１ｂを強制遮断能力を有する半導体スイッチ等の高速スイッチとすれば、一方の負荷側の過電流が他方に波及することをなくすことができ、当該の切換回路のみがバイパス給電となるようにすることができる。
また、制御信号はスイッチ４０６ａ，４０６ｂにより選択された一方の信号が無停電電源装置に送信されるが、制御回路が故障すると、他方へと自動的に切り換えることができる。
以上のようにして、無停電電源装置は並列冗長運転されると共に、切換制御回路は２重化され、信頼性が高いシステムとすることができる。
【００２４】
実施の形態６．
図３の方式二に示す運用について説明する。
スイッチ７０２ａ，７０２ｂを閉として無停電電源装置は並列運転を行う。スイッチ４０７ａ，４０７ｂも閉とする。スイッチ６０２ａ，６０２ｂを閉として負荷５ａ，負荷５ｂの両方に切換回路４ａまたは切換回路４ｂのいずれかより給電する。
例えば通常は切換回路４ａより給電し、切換回路４ｂは待機状態とする。切換回路４ａの点検を行う時に、スイッチ６０１ａと６０２ｂとの切換により負荷を無瞬断で切換回路４ｂに移し換えることを可能とするものである。
また、制御信号は、通常スイッチ４０６ａ，４０６ｂにより切換回路４ａ側の信号が選択され無停電電源装置に送信されるが、制御回路が故障すると切換回路４ｂ側へと自動的に切り換える。
【００２５】
この実施の形態６の場合も、無停電電源装置は並列冗長運転しているので、１台の無停電電源装置の故障では残りの健全な無停電電源装置で給電が継続され、バイパス給電となることはないため無停電電源装置給電に復旧する時間が不要となる。
【００２６】
実施の形態７．
図３の方式ホに示す運用について説明する。
スイッチ７０２ａ，７０２ｂを閉として無停電電源装置は並列運転を行う。スイッチ４０７ａ，４０７ｂも閉とする。スイッチ６０１ａ，６０１ｂ，６０２ａ，６０２ｂを閉として負荷５ａ，負荷５ｂの両方に切換回路４ａ及び切換回路４ｂの両方で給電する。
このように無停電電源装置、切換回路共に並列運転を行う。この場合、一方の切換回路がバイパス給電となった場合、他方の切換回路もバイパス給電となるようにする必要がある。さもなければ、一方が無停電電源装置からの給電、他方がバイパス電源からの給電となり、結果的に、無停電電源装置が過電流を検出してバイパス給電となる。
また、制御信号は、スイッチ４０６ａ，４０６ｂにより一方の信号が選択されて無停電電源装置に送信されるが、制御回路が故障すると他方の信号へと自動的に切り換える。
【００２７】
この実施の形態７の場合も、無停電電源装置は並列冗長運転しているので、１台の故障では残りの健全な無停電電源装置で給電が可能であり、バイパス給電となることはない。
この方式の特長は、切換回路のスイッチ４０１ａ，４０１ｂ，４０２ａ，４０２ｂのオープンモードの故障に対して２重化が図れることにある。
【００２８】
実施の形態８．
上述した実施の形態５〜７で示したシステムに適用できる切換制御信号の選択方式を図４に基づいて説明する。
制御回路４０４ａ，４０４ｂの制御信号の主たるものは同期制御信号であり、この信号に基づいて無停電電源装置２ａ，２ｂはバイパス電源と電圧の同期をとって運転し、万一のバイパス電源への自動切り換えに備えている。同期制御信号は、無停電電源装置の並列運転制御を妨げないように共通の信号を無停電電源装置に送信している。この制御信号の選択は、操作スイッチ８０１ａ，８０１ｂにより行われ、任意に選択が可能である。運用されている一方の制御回路が何らかの原因で自動的に休止となった場合には、リレー回路４０５ａ，４０５ｂの信号授受により検知し、残りの制御回路に自動的に切り換える。この場合に両者が同時に選択され、制御回路の故障の原因とならぬように信号選択のリレー４１１ａ，４１１ｂのコイル回路に互いのＢ接点４１１ｂ２，４１１ａ２を設けている。
【００２９】
以上のように、実施の形態８によれば、無停電電源装置は安定に並列運転を行うことができるとともに、一方の制御回路が休止した場合にも他方の制御回路が自動的にバックアップするので信頼性の高い無停電電源システムを実現することができる。
【００３０】
実施の形態９．
実施の形態８で示した切換制御信号の選択方式では、両方の切換回路に信号選択のリレーを設ける場合について述べたが、図５に示すように、片方の切換回路にのみリレーを設けてもよい。図５では、切換回路４ａにリレー４１１を設け、リレー４１１のＡ接点で制御回路Ａ４０４ａの信号を選択し、リレー４１１のＢ接点で制御回路Ｂ４０４ｂの信号を選択して無停電電源装置に共通信号として送信する。この場合、運用、休止の選択スイッチは、切換回路４ａのみに設ければよく、切換制御信号の選択回路がシンプルに構成できる。また、同じリレーのＡ接点とＢ接点とで選択するので、両者が同時に選択されることもない。リレー回路の故障や制御電源の喪失に対しても制御回路Ｂ４０４ｂでのバックアップが可能である。
【００３１】
実施の形態１０．
実施の形態８で示した切換制御信号の選択方式においてリレーコイルの断線及びリレー回路の異常を検知する方法を図６に示す。
制御信号の数がリレーの接点数より多い場合には、複数のリレーを使用せざるを得ない。その場合に、どのリレーコイルが断線しても他方の制御信号に切り換えるために、各リレーのＡ接点をリレー回路にフィードバックし、リレー回路からは他方のリレー回路に正常であるという信号を送出している。リレー回路は、自己が選択されていない時に相手の正常信号喪失すれば自動的に自己の制御回路を選択するように動作させる。
【００３２】
このように構成することにより、いずれか一方の制御信号を優先することなく、任意に信号を選択できるとともに、リレーコイルの断線、リレー回路の故障、制御電源の喪失のいずれの場合にも他系の制御回路へ切り換えることが可能になる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、無停電電源システムを２重化し、給電切換のための２組の切換回路の出力を開閉するスイッチを設けたので、一方の無停電電源装置が故障した場合に、負荷への給電を無瞬断で短時間の内に他方の無停電電源装置からの給電に切り換えることができ、無停電電源装置の修理に要する時間内のバイパス電源の停電による負荷の停止の危険を小さくすることができる。
【００３４】
また、２組の切換回路の出力を開閉するスイッチにより、２組の切換回路と２組の負荷との接続を任意に選択することができる。
【００３５】
また、２台の無停電電源装置の出力を開閉するスイッチをさらに備えることで、２台の無停電電源装置を並列冗長運転したまま、片系ずつ切換回路を点検することができる。
【００３６】
また、２台の無停電電源装置の出力を開閉するスイッチにより、無停電電源装置の単機運転または並列運転のいずれかを選択することができる。
【００３７】
また、２組の切換回路に、バイパス電源との同期制御等を行う制御回路をそれぞれ備え、２台の無停電電源装置に共通の制御信号を送出して同期制御を行うことができる。
【００３８】
また、各制御回路は、リレー回路を備え、リレー回路の出力により２台の無停電電源装置に送出する共通の制御信号を選択することができる。
【００３９】
また、各制御回路は、前記２組の制御回路の内選択されている一方が故障したときに他方に切り換えて無停電電源装置に共通の制御信号を送出することができる。
【００４０】
さらに、各制御回路は、互いに他方の制御回路の正常動作を監視し、正常動作信号の喪失により他方の制御回路の故障を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す無停電電源システムの構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２を示す無停電電源システムの構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３〜７の５つの異なる運用方式を示す比較表である。
【図４】この発明の実施の形態８を示す制御信号の切換回路の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態９を示す制御信号の切換回路の構成図である。
【図６】この発明の実施の形態１０を示す制御信号の切換回路の構成図である。
【図７】従来例を示す無停電電源システムの構成図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ交流入力、２ａ，２ｂ無停電電源装置、３ａ，３ｂバイパス電源、４ａ，４ｂ切換回路、５ａ，５ｂ負荷、４０１ａ，４０１ｂ，４０２ａ，４０２ｂ無停電電源装置とバイパス電源を切り換えるスイッチ、４０４ａ，４０４ｂ制御回路、４０５ａ，４０５ｂリレー回路、４０６ａ，４０６ｂ，４０７ａ，４０７ｂ同期信号選択用スイッチ、４１１ａ・・・４１ｎａ，４１１ｂ・・・４１ｎｂリレー、６０１ａ，６０１ｂ，６０２ａ，６０２ｂ２組の切換回路の出力を開閉するスイッチ、７０１ａ，７０１ｂ，７０２ａ，７０２ｂ２台の無停電電源装置の出力を開閉するスイッチ、８０１ａ，８０１ｂ，８０２ａ，８０２ｂ操作スイッチ。

Claims

無停電の交流電力を出力する２台の無停電電源装置と、
無停電電源装置の故障時に無瞬断でバイパス電源に切り換える２組の切換回路と、
前記２組の切換回路の出力を開閉して２組の負荷への給電を任意に選択切換することで前記２台の無停電電源装置を相互にバックアップする第１のスイッチ群と、
前記２台の無停電電源装置の出力を開閉する第２のスイッチ群と
を備え、
前記第１と第２のスイッチ群により、前記２台の無停電電源装置のいずれか一方の無停電電源装置を待機状態とする単機運転または両方の無停電電源装置を並列冗長運転状態とする並列運転のいずれかを選択し、
前記２組の切換回路は、バイパス電源との同期制御を行う制御回路をそれぞれ備え、２台の無停電電源装置に共通の制御信号を送出し、
前記各制御回路は、前記２組の制御回路の内選択されている一方が故障したときに他方に切り換えて無停電電源装置に共通の制御信号を送出すると共に、互いに他方の制御回路の正常動作を監視し、正常動作信号の喪失により他方の制御回路の故障を検知する
ことを特徴とする無停電電源システム。
請求項１に記載の無停電電源システムにおいて、
前記各制御回路は、リレー回路を備え、リレー回路の出力により２台の無停電電源装置に送出する共通の制御信号を選択することを特徴とする無停電電源システム。