JP3712068B2 - 無停電電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は商用電源の停電時にも負荷に定電圧定周波の交流を給電する無停電電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平6―113489号公報
【特許文献2】
特開平6―78550号公報
【特許文献3】
特開2002―218674号公報
良く知られているように、無停電電源装置は商用電源の停電時にも負荷に定電圧定周波の交流を給電するもので多くの分野に用いられている。無停電電源装置は商用電源電圧を直流に変換するコンバータと直流を交流に変換するインバータにより構成される電力変換器を有している。インバータの直流側には浮動充電されるバッテリが接続され、商用電源の停電時にも負荷に給電できるようにしている。
【0003】
また、電力変換器が故障した際に無瞬断で負荷に商用電源電圧を供給するために電力変換器をバイパスするバイパス回路が設けられている。バイパス回路には半導体スイッチが設けられ、通常、半導体スイッチには機械的開閉器が並列接続されている。さらに、電力変換器とバイパス回路を点検するために両者をバイパスして商用電源電圧を負荷に給電する保守バイパス回路が設けられている。
【0004】
このような電力変換器、バッテリ、バイパス回路、保守バイパス回路を備えた無停電電源装置は一台(単機)で用いたり、負荷の容量が大きい場合には複数台を並列接続して用いている。無停電電源装置としては単機でも用いられるように、保守バイパス回路を設けた無停電電源装置を標準品として製作している。
【0005】
なお、無停電電源装置を複数台並列接続して用いる場合には、通常一台を停止しても負荷に給電できるような容量と台数にした並列冗長構成にしている。
【0006】
保守バイパス回路を設けた無停電電源装置は上述の特許文献1、3に記載されており、また、無停電電源装置を複数台並列接続して用いることは上述の特許文献2、3に記載されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、電力変換器の運転を停止して保守バイパス回路によって商用電源電圧を負荷に給電しながら電力変換器とバイパス回路の点検を行っている。しかし、制御装置を含む電力変換器が正常に動作し保守バイパス回路あるいはバイパス回路が正常であるかの動的な健全性点検を行うことができないために信頼性が低下せざるをえないという問題点を有する。
【0008】
本発明の目的は電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の動的な健全性点検を行い信頼性を向上させることができる無停電電源装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、電力変換器から負荷に給電する出力開閉器を開状態にし、電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の出力側を電気的に接続して両者を並列運転して両者の出力電圧差による電流値によって健全性点検を行うようにしたことにある。
【0010】
本発明は電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の両者を並列運転して出力電圧差による電流値によって点検しているので、電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の動的な健全性点検を行うことになり信頼性を向上させることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の一実施例を示す。図1は3台の無停電電源装置を並列冗長構成にして負荷に給電し、横流補償制御をしている例を示している。
【0012】
図1において、商用電源2の商用交流電圧は電源開閉器3を介して並列接続された3台の無停電電源装置1A〜1Cに入力される。電源開閉器3と無停電電源装置1A〜1Cの間にはそれぞれ入力開閉器と入力変圧器が設けられるが省略している。無停電電源装置1A〜1Cは一台を停止しても負荷4に給電できるように並列冗長構成されている。なお、図1において無停電電源装置1B、1Cの詳細構成は無停電電源装置1Aと同様であり図示を省略している。
【0013】
無停電電源装置1Aに入力された商用電源2の商用交流電圧は切替開閉器16を介してコンバータ10に加えられる。コンバータ10はパルス幅変調制御(PWM制御)され交流電圧を一定の直流電圧に変換し直流母線5に出力する。コンバータ10の直流出力電圧はPWM制御されるインバータ11によって定電圧定周波の交流電圧に変換される。コンバータ10とインバータ11とで電力変換器8を構成する。直流母線5には切換開閉器12を介してバッテリ6が接続されている。
【0014】
インバータ11は電圧制御装置13によってPWM制御される。電圧制御装置13は横流補償する変換器制御手段を構成する。インバータ11の出力電圧は変成器17で検出され電圧制御装置13に入力される。また、切換開閉器15と切換開閉器18の間に電流検出手段である変流器14が設けられている。変流器14の検出電流は電圧制御装置13に加えられる。電圧制御装置13には無停電電源装置1B、1Cを構成する変流器14で検出した電流も加えられる。
【0015】
インバータ11の交流出力電圧は切換開閉器15、18と出力開閉器30Aを介して負荷4に給電される。同様に、無停電電源装置1B、1Cの交流出力電圧も出力開閉器30B、30Cを介して負荷4に給電される。負荷4と出力開閉器30A、30B、30Cの間に負荷開閉器7が設けられている。出力開閉器30A、30B、30Cは、通常、断路器が用いられ共通の出力盤に収納される。この出力盤には無停電電源装置1A、1B、1Cの各変流器14の間を接続する配線も収納され、無停電電源装置1A、1B、1Cの配電盤の端子台との間を配線で接続している。
【0016】
切換開閉器16の負荷側(コンバータ10の交流側)と切換開閉器15の負荷側はバイパス回路20で接続されている。バイパス回路20は半導体スイッチ21と機械的な切換開閉器22が並列接続されている。バイパス回路20は電力変換器8をバイパスして負荷4に給電する。
【0017】
また、切換開閉器16の電源側と切換開閉器18の負荷側は切換開閉器25を有する保守バイパス回路24で接続されている。保守バイパス回路24は電力変換器8とバイパス回路20の両者をバイパスして商用電源2の商用電圧を負荷4に給電する。
【0018】
図2に電圧制御装置13の一例構成図を示す。
【0019】
図2において、変流器14で検出された無停電電源装置1Aの出力電流と他の無停電電源装置1B、1Cの出力電流を図示の極性で加算器32に入力して横流を求める。無停電電源装置1A、1B、1Cの出力電流比較は電流を抵抗で電圧に変換して行われる。
【0020】
電圧指令回路31は加算器32の横流値で補償したインバータ11の電圧指令信号(正弦波信号)を出力し、変成器21で検出したインバータ11の電圧検出信号と加算器33で比較する。加算器33で求められた電圧偏差はPWM制御のデューティを制御するデューティ制御回路34に加えられる。
【0021】
デューティ制御回路34は電圧偏差を入力してデューティ指令信号を出力し加算器36に加える。一方、横流抑制回路35は加算器32の横流値を入力し横流を零にする横流補償信号を出力し加算器36に加える。インバータ11はデューティ制御回路34のデューティ指令信号を横流補償信号で補償した補償デューティ指令信号によってPWM制御される。
【0022】
次に動作を説明する。
【0023】
3台の無停電電源装置1A〜1Cを並列運転して負荷4に給電する場合には開閉器を図3に示す状態にする。電源開閉器3、切換開閉器16、15、12、出力開閉器30A,30B,30C,負荷開閉器31をON状態にし、切換開閉器22、25と半導体スイッチ21をOFF状態にする。
【0024】
この状態にして無停電電源装置1A〜1Cを起動して商用電源2の商用交流電圧を定電圧定周波の交流電圧に変換して負荷4に給電する。コンバータ10は図示しない制御装置によりPWM制御され交流電圧を一定の直流電圧に変換し直流母線5に出力する。また、インバータ11は電圧制御装置13によって横流補償を行いながら定電圧定周波の交流電圧を出力する。並列冗長構成された無停電電源装置1A〜1Cを横流補償して制御することは上述の特許文献2に記載されているので詳細説明を省略する。
【0025】
このように無停電電源装置1A〜1Cを並列運転し負荷4に給電しているときには切換開閉器12を介してバッテリ6が浮動充電されている。この状態で商用電源2に異常が発生すると、バッテリ6の直流電圧がインバータ11で交流電圧に変換され負荷4に給電される。
【0026】
一方、無停電電源装置1A〜1Cを並列運転して商用電源2の商用交流電圧を定電圧定周波の交流電圧に変換して負荷4に給電しているときに電力変換器8が故障すると、半導体スイッチ21と切換開閉器22をON状態にする。半導体スイッチ21は瞬時にONするので、負荷4にはバイパス回路20から無瞬断で給電することができる。機械的な時間遅れ後に切換開閉器22もONするので、バイパス回路20は半導体スイッチ21と切換開閉器22を介して給電することになる。
【0027】
さて、無停電電源装置1A〜1Cは一台を停止しても負荷4に給電できるように並列冗長構成されている。無停電電源装置1A〜1Cの保守点検は次のようにして行われる。このことを図4を参照して説明する。
【0028】
無停電電源装置1Aを保守点検する場合には開閉器を図4に示す状態にする。電源開閉器3と図4に図示していない出力開閉器30B,30Cは無停電電源装置1B、1Cから負荷4に給電するためにON状態にある。保守点検する無停電電源装置1Aは、出力開閉器30AをOFF状態にして切換開閉器16、15、12と保守バイパス回路24の切換開閉器25をON状態にする。また、バイパス回路20の切換開閉器22と半導体スイッチ21をOFF状態にする。
【0029】
なお、無停電電源装置1Aの変流器14は他の無停電電源装置1B、1Cの変流器14との接続を開放される。無停電電源装置1Aの変流器14の接続開放は出力開閉器30A、30B、30Cが収納される出力盤の端子台と無停電電源装置1Aの配電盤の端子台の間の配線を外すことにより行われる。
【0030】
このように電力変換器8と保守バイパス回路24の出力側を電気的に接続した状態でコンバータ10とインバータ11を起動する。コンバータ10、インバータ11の起動と保守バイパス回路24の切換開閉器25のON操作はほぼ同時に行われる。保守バイパス回路24は商用電源2の商用交流電圧を出力する。商用電源2の電圧は例えば420Vであり、インバータ11が負荷4に給電する出力電圧の定格値は415Vである。保守バイパス回路24とインバータ11の両者の出力電圧差によって電流が流れる。この電流(以後、点検電流と称する)は無停電電源装置1Aに流入する横流と同じになる。
【0031】
保守バイパス回路24とインバータ11の両者の出力電圧差による点検電流は変流器14で検出され電圧制御装置13に入力される。点検電流は加算器32を介して電圧指令回路31と横流抑制回路35に加えられる。
【0032】
電圧指令回路31は点検電流を零にするインバータ11の電圧指令信号(正弦波信号)を出力し、変成器17で検出したインバータ11の電圧検出信号と加算器33で比較する。電圧指令信号は点検電流の平均値を制御する指令となる。加算器33で求められた電圧偏差はPWM制御のデューティを制御するデューティ制御回路34に加えられる。
【0033】
デューティ制御回路34は電圧偏差を入力してデューティ指令信号を出力し加算器36に加える。一方、横流抑制回路35は点検電流を入力し点検電流を零にする電流補償信号を出力し加算器36に加える。インバータ11はデューティ制御回路34のデューティ指令信号を電流補償信号で補償した補償デューティ指令信号によってPWM制御される。インバータ11は出力電圧が電圧制御装置13により商用電源2の電圧とほぼ等しくなるように制御される。
【0034】
保守バイパス回路24の出力電圧(商用電源電圧)とインバータ11の出力電圧がほぼ等しくなると、変流器14で検出される点検電流は小さくなり所定値以下になる。通常、変流器14の検出電流は図示しない電流計に指示されている。保守員は電流計の指示を見て、点検電流が所定値以下であれば電圧制御装置13を含む電力変換器8が健全であると判断する。また、点検電流が所定値以下にならない場合には電圧制御装置13を含む電力変換器8が異常であると判断する。
【0035】
このようにして無停電電源装置1Aの保守点検が行われるが、他の無停電電源装置1B、1Cについても同様にして保守点検が行われる。
【0036】
このようにして無停電電源装置の保守点検を行うのであるが、電力変換器と保守バイパス回路の両者を並列運転して出力電圧差による電流値によって点検しているので、電力変換器と保守バイパス回路の動的な健全性点検を行うことになり信頼性を向上させることができる。
【0037】
また、上述の実施例は複数台の無停電電源装置を並列運転する際に横流補償をしている無停電電源装置に新たな機器を付加することなく制御のインターロックを変更するだけで簡単に実用に供し得る。
【0038】
図5に本発明の他の実施例を示す。
【0039】
図5において図1の実施例と異なるところは、横流を検出する変流器14をインバータ11と切換開閉器15の間に設けたことである。
【0040】
図5の実施例は電力変換器8とバイパス回路20を並列運転して保守点検を行うようにしたものである。
【0041】
図5において無停電電源装置1Aを保守点検する場合には開閉器を図6に示す状態にする。電源開閉器3と図6に図示していない出力開閉器30B,30Cは無停電電源装置1B、1Cから負荷4に給電するためにON状態にある。保守点検する無停電電源装置1Aは、出力開閉器30Aと切換開閉器18をOFF状態にして切換開閉器16、15とバイパス回路20の切換開閉器22と半導体スイッチ21をON状態にする。また、保守バイパス回路24の切換開閉器25をOFF状態にする。
【0042】
このように電力変換器8とバイパス回路24の出力側を電気的に接続した状態でコンバータ10とインバータ11を起動することにより図1の実施例と同様に保守点検を行うことができる。
【0043】
なお、図5の実施例において電力変換器8と保守バイパス回路24を並列運転して保守点検できることは容易に理解できることである。
【0044】
以上説明したように、本発明は電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の両者を並列運転して出力電圧差による電流値によって点検しているので、電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の動的な健全性点検を行うことになり信頼性を向上させることができる。
【0045】
なお、上述の実施例はインバータを横流補償する電圧制御装置で制御するようにしているが、保守点検時に点検電流を検出してインバータの出力電圧を保守バイパス回路あるいはバイパス回路の出力電圧と等しくなるように制御する電圧制御装置で制御しても良いことは勿論のことである。
【0046】
【発明の効果】
本発明は電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の両者を並列運転して出力電圧差による電流値によって点検しているので、電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の動的な健全性点検を行うことになり信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す全体構成図である。
【図2】本発明の無停電電源装置の一例詳細構成図である。
【図3】本発明の動作を説明するための構成図である。
【図4】本発明の動作を説明するための構成図である。
【図5】本発明の他の実施例を示す全体構成図である。
【図6】本発明の動作を説明するための構成図である。
【符号の説明】
1A、1B、1C…無停電電源装置、2…商用電源、3…電源開閉器、4…負荷、5…直流母線、6…バッテリ、7…負荷開閉器、8…電力変換器、10…コンバータ、11…インバータ、12、16、15、18、22、25…切換開閉器、13…電圧制御装置、14…変流器、17…変成器、20…バイパス回路、22…半導体スイッチ、30A、30B、30C…出力開閉器、31…電圧指令回路、32、33、36…加算器、34…デューティ制御回路、35…横流抑制回路。
Claims (6)
- 商用電源電圧を入力し定電圧定周波の交流を出力する電力変換器と、前記電力変換器から負荷に給電する出力開閉器と、前記電力変換器をバイパスして前記商用電源電圧を前記負荷に給電するバイパス回路と、前記電力変換器と前記バイパス回路の両者をバイパスして前記商用電源電圧を前記負荷に給電する保守バイパス回路と、前記電力変換器を制御する変換器制御手段とを具備し、前記出力開閉器を開状態にし、前記電力変換器と前記保守バイパス回路あるいは前記バイパス回路の出力側を電気的に接続して両者を並列運転して両者の出力電圧差による電流値によって健全性点検を行うようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
- 商用電源電圧を入力し定電圧定周波の交流を出力する電力変換器と、前記電力変換器から負荷に給電する出力開閉器と、前記電力変換器をバイパスして前記商用電源電圧を前記負荷に給電するバイパス回路と、前記電力変換器と前記バイパス回路の両者をバイパスして前記商用電源電圧を前記負荷に給電する保守バイパス回路と、前記電力変換器の出力側の電流を検出する電流検出手段と、前記電力変換器の出力電圧を制御する電圧制御装置とを具備し、前記出力開閉器を開状態にし、前記電力変換器と前記保守バイパス回路あるいは前記バイパス回路の出力側を電気的に接続して両者を並列運転し、両者の出力電圧差によって前記電流検出手段で検出される電流値によって健全性点検を行うようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
- 商用電源電圧を入力し定電圧定周波の交流を出力する電力変換器と、前記電力変換器から負荷に給電する出力開閉器と、前記電力変換器をバイパスし前記出力開閉器を介して前記商用電源電圧を前記負荷に給電するバイパス回路と、前記電力変換器と前記バイパス回路の両者をバイパスし前記出力開閉器を介して前記商用電源電圧を前記負荷に給電する保守バイパス回路と、他の無停電電源装置と並列運転される際に横流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出された横流を入力して前記電力変換器を横流補償して制御する電圧制御装置とを具備し、前記負荷開閉器を開状態にし、前記電力変換器と前記保守バイパス回路あるいは前記バイパス回路の出力側を電気的に接続して両者を並列運転し前記電流検出手段で検出される電流値によって健全性点検を行うようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
- 商用電源電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータの直流電圧を定電圧定周波の交流に変換するインバータと、前記インバータから負荷に給電する出力開閉器と、前記コンバータおよび前記インバータをバイパスして前記商用電源電圧を前記負荷に給電するバイパス回路と、前記コンバータおよび前記インバータと前記バイパス回路をバイパスして前記商用電源電圧を前記負荷に給電する保守バイパス回路と、前記インバータの出力側の電流を検出する電流検出手段と、前記インバータの出力電圧を制御する電圧制御装置とを具備し、前記出力開閉器を開状態にし、前記インバータと前記保守バイパス回路あるいは前記バイパス回路の出力側を電気的に接続して両者を並列運転し、前記インバータの出力電圧を制御して前記電流検出手段で検出される電流値によって健全性点検を行うようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
- 商用電源電圧を一定の直流電圧に変換するパルス幅変調制御されるコンバータと、前記コンバータの直流電圧を定電圧定周波の交流に変換するパルス幅変調制御されるインバータと、前記コンバータの直流電圧により充電されるバッテリと、前記インバータから負荷に給電する出力開閉器と、前記コンバータおよび前記インバータをバイパスし前記出力開閉器を介して前記商用電源電圧を前記負荷に給電し、半導体スイッチに切換開閉器が並列接続されているバイパス回路と、前記コンバータおよび前記インバータと前記バイパス回路をバイパスし前記出力開閉器を介して前記商用電源電圧を前記負荷に給電する保守バイパス回路と、前記インバータの出力側の電流を検出する電流検出手段と、前記インバータの出力電圧を制御する電圧制御装置とを具備し、前記出力開閉器を開状態にし、前記インバータと前記保守バイパス回路あるいは前記バイパス回路の出力側を電気的に接続して両者を並列運転し、前記インバータの出力電圧を前記商用電源電圧と等しくなるように制御して前記電流検出手段で検出される電流値によって健全性点検を行うようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
- 請求項1記載の無停電電源装置を複数台並列接続して前記負荷に給電する並列冗長構成の無停電電源装置。
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