JP4037717B2 - 系統切換装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷の運転中に２つの交流電源系統の切り換えを行う系統切換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ装置等の重要負荷に対しては、常時安定した電源を供給しなければならず、その間は一瞬たりとも停電状態の発生により負荷の運転が停止することは許されない。そのため、このような重要負荷に対しては、通常、２つの交流電源系統から電力供給を行うことができるようにしておき、負荷に対して現在電力供給を行っている系統（本明細書では「稼働系統」と呼ぶ）に異常が発生した場合には、直ちに他方の系統から電力供給が行われるように系統切換を行なうこととしている。系統切換装置は、このような場合の系統切換動作を行うものであり、系統切換方式の相違により半導体スイッチ形とハイブリッド形とに大別される。
【０００３】
半導体スイッチ方式とは、系統切換の手段として半導体スイッチのみを用いる方式であり、この方式では瞬間的な電源遮断状態の発生が避けられないのが特徴である。一方、ハイブリッド方式とは、系統切換の手段として半導体スイッチ及び機械式スイッチの双方を併用する方式であり、この方式では無瞬断での系統切換を行うことができるのが特徴である（例えば特開平４−１６５９３０号公報）。以下、半導体スイッチ方式に係る従来の系統切換装置、及びハイブリッド方式に係る従来の系統切換装置のそれぞれにつき説明する。
【０００４】
図８は、半導体スイッチ方式により系統切換動作を行う従来装置の構成図である。系統切換装置１は、第１の交流電源２Ａ又は第２の交流電源２Ｂの何れか一方を稼働系統として選択し、その選択した側の系統からの交流電力を負荷６に対して供給するようになっている。系統切換装置１は第１の半導体スイッチ４Ａ及び第２の半導体スイッチ４Ｂを有している。この第１の半導体スイッチ４Ａ及び第２の半導体スイッチ４Ｂは、その入力側がそれぞれ入力遮断器３Ａ，３Ｂを介して第１の交流電源２Ａ及び第２の交流電源２Ｂに接続されており、また、出力側が共通接続点Ｐ及び出力遮断器５を介して負荷６に接続されている。
【０００５】
次に、図８の動作を説明する。図９は、稼働系統をＡ系（第１の交流電源２Ａ、入力遮断器３Ａ、第１の半導体スイッチ４Ａ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を通って負荷６に至る系統）からＢ系（第２の交流電源２Ｂ、入力遮断器３Ｂ、第２の半導体スイッチ４Ｂ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を通って負荷６に至る系統）に切り換える場合についてのタイムチャートである。
【０００６】
まず、負荷６の運転中は入力遮断器３Ａ，３Ｂ及び出力遮断器５は常時オンになっている。そして、稼働系統がＡ系に選択されているときには第１の半導体スイッチ４Ａがオン、第２の半導体スイッチ４Ｂがオフになっているので、負荷６には第１の交流電源２Ａからの交流電力が入力遮断器３Ａ、第１の半導体スイッチ４Ａ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給される。この状態で、稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、それまでオン状態であった第１の半導体スイッチ４Ａが時刻ｔ1にオフとなる。したがって、この時点で第１の交流電源２Ａから負荷６に対する交流電力の供給が瞬時の間遮断されるが、時刻ｔ2に第２の半導体スイッチ４Ｂがオンとなるので、負荷６には第２の交流電源２Ｂからの交流電力が入力遮断器３Ｂ、第２の半導体スイッチ４Ｂ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給されることになる。
【０００７】
このような半導体スイッチ方式の系統切換では、限流要素がないために切換時点で両系統をラップさせることができず、常に瞬断切換となる。また、この方式では給電経路に常時半導体スイッチが入ることになるため大きな電力損失が発生し、更に半導体スイッチを構成するスイッチング素子は長時間の使用に耐えるものを用いなければならない、などの短所を有している。しかし、この方式では、系統間に横流が発生しないので、上位系統のシステムに関係なく適用することが可能であるという長所を有している。
【０００８】
図１０は、ハイブリッド方式により系統切換動作を行う従来装置の構成図である。この系統切換装置７も、図８の場合と同様に、第１の交流電源２Ａ又は第２の交流電源２Ｂの何れか一方を稼働系統として選択し、その選択した側の系統からの交流電力を負荷６に対して供給するものである。系統切換装置７は第１の半導体スイッチ８Ａ及び第２の半導体スイッチ８Ｂを有している。この第１の半導体スイッチ８Ａ及び第２の半導体スイッチ８Ｂは、その入力側がそれぞれ入力遮断器３Ａ，３Ｂを介して第１の交流電源２Ａ及び第２の交流電源２Ｂに接続されており、出力側がそれぞれ第１の電流制限用リアクトル９Ａ及び第２の電流制限用リアクトル９Ｂを介して共通接続点Ｐに接続されている。そして、この共通接続点Ｐが出力遮断器５を介して負荷６に接続されている。
【０００９】
また、半導体スイッチ８Ａ，８Ｂの入力側の点ＰA，ＰBと、共通接続点Ｐとの間には双投式の切換スイッチ１０が接続されている。なお、このハイブリッド方式で用いられる半導体スイッチ８Ａ，８Ｂは、半導体スイッチ方式で用いられる半導体スイッチ４Ａ，４Ｂと異なり、系統切換の際の短時間の間のみ使用することを前提として作られたものである。
【００１０】
次に、図１０の動作を説明する。図１１は、稼働系統をＡ系（第１の交流電源２Ａ、入力遮断器３Ａ、点ＰA、切換スイッチ１０、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を通って負荷６に至る系統）からＢ系（第２の交流電源２Ｂ、入力遮断器３Ｂ、点ＰB、切換スイッチ１０、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を通って負荷６に至る系統）に切り換える場合についてのタイムチャートである。
【００１１】
まず、負荷６の運転中は入力遮断器３Ａ，３Ｂ及び出力遮断器５は常時オンになっている。そして、稼働系統がＡ系に選択されているときには、切換スイッチ１０の接点はＰA側に位置しており、半導体スイッチ８Ａ，８Ｂはオフになっているので、負荷６には上記のＡ系を経由して交流電力が供給されている。
【００１２】
そして、この状態から稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、時刻ｔ1で第２の半導体スイッチ８Ｂをオンにし、続いて時刻ｔ2で切換スイッチ１０のＰA側からＰB側への切換動作を開始する。切換スイッチ１０のこの切換動作は時刻ｔ3で完了し、その後時刻ｔ4で第２の半導体スイッチ８Ｂがオフになる。切換スイッチ１０は半導体スイッチに比べて切換速度が非常に遅い機械式スイッチであり、時刻ｔ2〜ｔ3までの期間がかなり長いものとなる。そのため、もし切換スイッチ１０のみで切り換えを行った場合には、この期間における負荷６に対する電力供給が遮断されることになり、負荷６側ではシステムダウン等の事故が発生する虞がある。
【００１３】
しかし、この図１０の構成では、時刻ｔ2〜ｔ3の期間をカバーする時刻ｔ1〜ｔ4の期間において第２の半導体スイッチ８Ｂがオンになっているので、第２の交流電源２Ｂからの交流電力が第２の半導体スイッチ８Ｂ及び第２の電流制限用リアクトル９Ｂを介して負荷６に対して供給される。したがって、Ａ系からＢ系への切換動作を無瞬断で行うことができ、負荷６側に切換動作の際の悪影響が及ぶのを防止することができる。
【００１４】
このように、ハイブリッド方式は、Ａ系からの電力供給とＢ系からの電力供給とがラップする期間が設けられているため系統の切換動作を無瞬断で行うことができ、負荷６に対する影響の観点からは半導体スイッチ方式よりも好ましい方式であるということができる。また、機械式スイッチの切換動作完了後は半導体スイッチがオフするために電力損失を小さくすることもできる。
【００１５】
しかし、時刻ｔ1で第２の半導体スイッチ８Ｂをオンにした直後はＡ系から負荷６への電力供給が行われているため、この第２の半導体スイッチ８Ｂから出力される電流がＡ系側へ横流として流入しようとする。この横流は第２の電流制限用リアクトル９Ｂによって抑制されるようになっているが、負荷６の運転状況によっては過大な電流レベル（このときの電流レベルの大きさは、オペレータの操作に基づく手動切換の場合にあっては両系統の電源電圧の差及び位相差によって決定され、また、異常事故発生に基づく自動切換の場合にあっては各系統の負荷量に依存するようになっている）となることがある。そして、過大な横流が発生した場合には、系統切換装置自体が故障したり、交流電源側に悪影響が及んだり、あるいは負荷６側の電圧が変動したりするなどの異常が発生する虞がある。したがって、系統切換方式としてハイブリッド方式を採用する場合は、その採用の可否についてシステムの詳細を充分に検討する必要がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、半導体スイッチ方式による系統切換は、系統間で横流が発生することはなく、また、電力損失を小さくできるという長所を有する反面、瞬間的な電源遮断状態の発生を避けることができず負荷に対して悪影響を及ぼす虞があるという短所を有している。一方、ハイブリッド方式による系統切換は、無瞬断で系統切換を行うことができるという長所を有する反面、系統間で過大な横流が発生する虞があるという短所を有している。したがって、系統切換装置として半導体スイッチ形、ハイブリッド形のいずれを採用するかについては、種々の条件を考慮して慎重に決定する必要がある。
【００１７】
しかし、一旦、系統切換の方式を決定した後で、システムの改修等を行った場合にはその都度、異なる切換方式の系統切換装置を設置し直さなければならず、あるいは負荷量が大きく変動する負荷の場合には運転期間中においても適用すべき切換方式が随時変化することがある。ところが、従来の系統切換装置は、いずれか一方の方式でしか切換動作を行うことができないため、このような運転条件の変更に迅速且つ容易に対処することができなかった。
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、運転条件の変更に迅速且つ容易に対処することが可能な系統切換装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、第１の交流電源系統又は第２の交流電源系統のうち稼働系統として選択したいずれか一方の系統からの交流電力を負荷に対して供給し、更にこの負荷の運転中に稼働系統を他方の系統に切り換えることが可能な系統切換装置において、入力側が前記第１の交流電源系統に接続された第１の半導体スイッチと、一端側が前記第１の半導体スイッチの出力側に接続され、他端側が前記負荷に接続された第１の電流制限用リアクトルと、入力側が前記第２の交流電源系統に接続された第２の半導体スイッチと、一端側が前記第２の半導体スイッチの出力側に接続され、他端側が前記第１の電流制限用リアクトルの他端と共に前記負荷に接続された第２の電流制限用リアクトルと、前記第１及び第２の半導体スイッチ並びに前記第１及び第２の電流制限用リアクトルのそれぞれをバイパスした電力供給経路又はバイパスしない電力供給経路を形成し、前記負荷の運転中での稼働系統の切り換えを半導体スイッチ方式又はハイブリッド方式のいずれかの方式で行うことを可能にする複数の機械式スイッチと、を備え、前記半導体スイッチ方式で系統切換を行う場合は、前記第１及び第２の電流制限用リアクトルのみをバイパスした電力供給経路を前記複数の機械式スイッチが形成した状態にしておき、この状態で前記一方の系統に接続されている側の半導体スイッチをオンからオフに切り換え、その直後に、前記他方の系統に接続されている側の半導体スイッチをオフからオンに切り換えるようにし、前記ハイブリッド方式で系統切換を行う場合は、前記一方の系統に接続された側の半導体スイッチをオフ状態にしておき、この状態で前記複数の機械式スイッチは、前記一方の系統に接続されている側の半導体スイッチ及び電流制限用リアクトルをバイパスするように形成されていた電力供給経路の遮断動作を開始すると共に、前記他方の系統に接続されている側の半導体スイッチ及び電流制限用リアクトルをバイパスする電力供給経路の形成動作を開始し、前記一方の系統に接続された側の半導体スイッチをバイパスするように形成されていた電力供給経路の前記遮断動作開始直前から前記他方の系統に接続された側の半導体スイッチをバイパスする電力供給経路の前記形成動作終了直後までの期間のみは、前記他方の系統に接続された側の半導体スイッチをオンにしておく、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の機械式スイッチは、前記第１の半導体スイッチに並列接続された第１の機械式スイッチ、前記第１の電流制限用リアクトルに並列接続された第２の機械式スイッチ、前記第２の半導体スイッチに並列接続された第３の機械式スイッチ、及び前記第２の電流制限用リアクトルに並列接続された第４の機械式スイッチであり、前記半導体スイッチ方式で系統切換を行う場合は、前記第１及び第３の機械式スイッチをオフ状態にすると共に前記第２及び第４の機械式スイッチをオン状態にしておき、この状態で前記第１の半導体スイッチ（又は第２の半導体スイッチ）をオンからオフに切り換え、その直後に、前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）をオフからオンに切り換えるようにし、前記ハイブリッド方式で系統切換を行う場合は、前記第１の半導体スイッチ（又は第２の半導体スイッチ）をオフ状態にしておき、この状態で前記第１及び第２の機械式スイッチ（又は第３及び第４の機械式スイッチ）のオンからオフへの切換動作を開始すると共に、前記第３及び第４の機械式スイッチ（又は第１及び第２の機械式スイッチ）のオフからオンへの切換動作を開始し、少なくとも前記第１の機械式スイッチ（又は第３の機械式スイッチ）のオンからオフへの切換動作開始直前から前記第３の機械式スイッチ（又は第１の機械式スイッチ）のオフからオンへの切換動作終了直後までの期間は、前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）をオンにしておく、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の機械式スイッチは、前記第１の交流電源系統からの交流電力を前記第１の半導体スイッチを介して前記負荷に供給する電力供給経路、又は前記第２の交流電源系統からの交流電力を前記負荷に直接供給する電力供給経路を形成する第１の切換スイッチ、及び前記第２の交流電源系統からの交流電力を前記第２の半導体スイッチを介して前記負荷に供給する電力供給経路、又は前記第１の交流電源系統からの交流電力を前記負荷に直接供給する電力供給経路を形成する第２の切換スイッチであり、前記半導体スイッチ方式で系統切換を行う場合は、前記第１の切換スイッチが前記第１の半導体スイッチを介した第１の交流電源系統の電力供給経路を形成すると共に、前記第２の切換スイッチが前記第２の半導体スイッチを介した第２の交流電源系統の電力供給経路を形成した状態にしておき、この状態で前記第１の半導体スイッチ（又は第２の半導体スイッチ）をオンからオフに切り換え、その直後に、前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）をオフからオンに切り換えるようにし、前記ハイブリッド方式で系統切換を行う場合は、前記第１及び第２の半導体スイッチをオフ状態にしておき、この状態で前記第１の切換スイッチ（又は第２の切換スイッチ）に対して前記第１の半導体スイッチ（又は第２の半導体スイッチ）を介した第１の交流電源系統（又は第２の交流電源系統）の電力供給経路から前記第２の交流電源系統（又は第１の交流電源系統）の直接の電力供給経路への経路切換動作を開始させると共に、第２の切換スイッチ（又は第１の切換スイッチ）に対して前記第１の交流電源系統（又は第２の交流電源系統）の直接の電力供給経路から前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）を介した第２の交流電源系統（又は第１の交流電源系統）の電力供給経路への経路切換動作を開始させ、前記第１及び第２の切換スイッチの経路切換動作開始直前から経路切換動作終了直後までの期間は前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）をオンにしておく、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１の交流電源系統から第１の無停電電源装置を介して交流電力を入力する場合に、この第１の無停電電源装置の負荷電流検出値が設定値より小さく且つこの第１の無停電電源装置が正常運転状態であることを条件に、第１の交流電源系統側から第２の交流電源系統へのハイブリッド方式による稼働系統の切り換えを許可する第１のハイブリッド切換許可回路と、前記第２の交流電源系統から第２の無停電電源装置を介して交流電力を入力する場合に、この第２の無停電電源装置の負荷電流検出値が設定値より小さく且つこの第２の無停電電源装置が正常運転状態であることを条件に、第２の交流電源系統側から第１の交流電源系統へのハイブリッド方式による稼働系統の切り換えを許可する第２のハイブリッド切換許可回路と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１の交流電源系統及び第２の交流電源系統間で稼働系統の切り換えを行ったときに発生する横流を、この第１の交流電源系統と第２の交流電源系統との間の電圧差及び位相差に基づき演算する横流予測手段と、前記横流予測手段による予測結果と、前記第１の交流電源系統側又は第２の交流電源系統側の負荷供給電流の検出に基づき求められた横流許容量とから、前記ハイブリッド方式による稼働系統への切り換えを手動操作で行うことを許可する手動時ハイブリッド切換許可回路と、を備えたことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態の構成図である。系統切換装置１１は、従来装置と同様に、第１の交流電源２Ａ又は第２の交流電源２Ｂの何れか一方を稼働系統として選択し、その選択した側の系統からの交流電力を負荷６に対して供給するようになっている。この系統切換装置１１は、図８又は図１０において示したのと同様の構成要素と、本図において新たに追加された構成要素とを有している。
【００２８】
すなわち、系統切換装置１１は、入力側が入力遮断器３Ａを介して第１の交流電源２Ａに接続された第１の半導体スイッチ４Ａと、一端側が第１の半導体スイッチ４Ａの出力側に接続され、他端側が共通接続点Ｐ及び出力遮断器５を介して負荷６に接続された第１の電流制限用リアクトル９Ａと、入力側が入力遮断器３Ｂを介して第２の交流電源２Ｂに接続された第２の半導体スイッチ４Ｂと、一端側が第２の半導体スイッチ４Ｂの出力側に接続され、他端側が第１の電流制限用リアクトル９Ａの他端と共に共通接続点Ｐにおいて接続された第２の電流制限用リアクトル９Ｂとを有している。
【００２９】
そして、第１の半導体スイッチ４Ａには第１の機械式スイッチ１２が、第１の電流制限用リアクトル９Ａには第２の機械式スイッチ１３が、第２の半導体スイッチ４Ｂには第３の機械式スイッチ１４が、第２の電流制限用リアクトル９Ｂには第４の機械式スイッチ１５が、それぞれ並列接続されている。これらの機械式スイッチ１２〜１５は、図示を省略してある制御回路により、手動で（オペレータが制御盤を操作する）、あるいは異常発生の検出時には自動で、オン、オフが制御されるようになっている。
【００３０】
系統切換装置１１は、また、Ａ系及びＢ系に沿って設けられたメインテナンス用バイパス路１６，１７を有しており、これらメインテナンス用バイパス路１６，１７には、それぞれバイパス路遮断器１８，１９が配設されている。これらは、入力遮断器３Ａ又は３Ｂと、出力遮断器５とをオフした状態で各系統の構成機器についてメインテナンスを行っている期間においても、第１の交流電源２Ａ又は第２の交流電源２Ｂからの交流電力を負荷６に対して供給できるようにするためのものである。
【００３１】
上記のような構成を有する系統切換装置１１によれば、第１の交流電源２Ａ及び第２の交流電源２Ｂ間で系統切換を行う際の方式を迅速且つ容易に選択することができる。
【００３２】
次に、図１の動作を図２のタイムチャートに基づき説明する。まず、半導体スイッチ方式により稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合を図２（ａ）に基づき説明する。なお、通常運転中は入力遮断器３Ａ，３Ｂ及び出力遮断器５はオン、バイパス路遮断器１８，１９はオフとなっている。
【００３３】
半導体スイッチ方式で切換動作を行う場合、第１の機械式スイッチ１２及び第３の機械式スイッチ１４は常時オフであり、また、第２の機械式スイッチ１３及び第４の機械式スイッチ１５は常時オンになっている。したがって、この場合の系統切換装置１１における回路構成は、図８の系統切換装置１における回路構成と等価になる。
【００３４】
それ故、この場合の系統切換動作も図９に示した動作と実質的にほぼ同じものとなる。すなわち、稼働系統がＡ系に選択されているときには第１の半導体スイッチ４Ａがオン、第２の半導体スイッチ４Ｂがオフになっているので、負荷６には第１の交流電源２Ａからの交流電力が入力遮断器３Ａ、第１の半導体スイッチ４Ａ、第２の機械式スイッチ１３、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給される。この状態で、稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、それまでオン状態であった第１の半導体スイッチ４Ａが時刻ｔ1にオフとなる。したがって、この時点で第１の交流電源２Ａから負荷６に対する交流電力の供給が瞬時の間遮断されるが、時刻ｔ2に第２の半導体スイッチ４Ｂがオンとなるので、負荷６には第２の交流電源２Ｂからの交流電力が入力遮断器３Ｂ、第２の半導体スイッチ４Ｂ、第４の機械式スイッチ１５、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給されることになる。
【００３５】
次に、ハイブリッド方式により稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合を図２（ｂ）に基づき説明する。稼働系統がＡ系に選択されているときには第１の半導体スイッチ４Ａがオフ、第１及び第２の機械式スイッチ１２，１３がオン、第２の半導体スイッチ４Ｂがオフ、第３及び第４の機械式スイッチ１４，１５がオフとなっているので、第１の交流電源２Ａからの交流電力が入力遮断器３Ａ、第１の機械式スイッチ１２、第２の機械式スイッチ１３、共通接続点Ｐ、出力遮断器５、を経由して負荷６に供給されている。
【００３６】
そして、この状態で稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、時刻ｔ1で第２の半導体スイッチ４Ｂをオンにし、次いで時刻ｔ2で第１の機械式スイッチ１２のオフ動作を開始すると共に第３の機械式スイッチ１４のオン動作を開始する。更に、時刻ｔ3で第２の機械式スイッチ１３のオフ動作を開始すると共に第４の機械式スイッチ１５のオン動作を開始する。
【００３７】
第２の半導体スイッチ４Ｂがオンになった時刻ｔ1直後においては、まだ第１の機械式スイッチ１２及び第２の機械式スイッチ１３はオンになっているため、第２の半導体スイッチ４Ｂから出力される電流が横流となって、これらのスイッチ１３，１２、及び入力遮断器３Ａを介して第１の交流電源２Ａ側に流入しようとするが、このとき第４の機械式スイッチ１５はオフとなっているので、この横流は第２の電流制限用リアクトル９Ｂにより抑制されることになる。
【００３８】
そして、時刻ｔ4の時点でスイッチ１２が完全にオフになると共にスイッチ１４が完全にオンになる。したがって、この時点では第１の交流電源２Ａからの交流電力は完全に遮断され、一方、第２の交流電源２Ｂからの交流電力は第２の半導体スイッチ４Ｂ及び第３の機械式スイッチ１４の双方を通って負荷６側に供給されている。
【００３９】
次いで、時刻ｔ5で第２の半導体スイッチ４Ｂがオフとなり、この時点で第２の交流電源２Ｂからの交流電力は第３の機械式スイッチ１４のみを通って負荷６側に供給されることになる。この後、時刻ｔ6で第２の機械式スイッチ１３が完全にオフとなり、第４の機械式スイッチ１５が完全にオンとなる。これにより、Ａ系からＢ系への系統切換動作が完了する。なお、時刻ｔ3〜ｔ6で第２の機械式スイッチ１３をオフにしているが、これはＡ系からＢ系への切り換えに必要なものではなく、この後Ｂ系からＡ系へ切り換えを行う場合に、Ａ系からＢ系への横流を第１の電流制限用リアクトル９Ａにより抑制するために必要なものである。
【００４０】
上記のように、図１の構成によれば、半導体スイッチ４Ａ，４Ｂ、及び機械式スイッチ１２〜１５のオンオフを制御することにより、半導体スイッチ方式、ハイブリッド方式のいずれの方式によっても系統切換動作を行うことができるようになり、運転条件の変更に迅速且つ容易に対処することが可能になる。
【００４１】
図３は、本発明の第２の実施形態の構成図である。図３が図１と異なる点は、機械式スイッチ１２〜１５の代わりに双投式の第１の切換スイッチ２１及び第２の切換スイッチ２２を用いている点である。第１の切換スイッチ２１の一方の側は点ＰA2，ＰB1に接続され、他方の側は共通接続点Ｐに接続されている。第２の切換スイッチ２２の一方の側は点ＰA1，ＰB2に接続され、他方の側は共通接続点Ｐに接続されている。
【００４２】
次に、図３の動作を図４のタイムチャートに基づき説明する。半導体スイッチ方式で稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合の各スイッチのオンオフ状態についての変化は図４（ａ）に示すようになる。この図に示すように、第１の切換スイッチ２１の接点はＰA2側、第２の切換スイッチ２２の接点はＰB2側に常時位置している。したがって、第１の電流制限用リアクトル９Ａ及び第２の電流制限用リアクトル９Ｂはこれらスイッチ２１，２２によりバイパスされた状態になっており、この状態の回路構成は図８と等価なものになっている。
【００４３】
そして、稼働系統がＡ系に選択されているときには、第１の半導体スイッチ４Ａがオン、第２の半導体スイッチ４Ｂがオフになっているので、負荷６には第１の交流電源２Ａからの交流電力が入力遮断器３Ａ、第１の半導体スイッチ４Ａ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給される。この状態で、稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、それまでオン状態であった第１の半導体スイッチ４Ａが時刻ｔ1にオフとなる。したがって、この時点で第１の交流電源２Ａから負荷６に対する交流電力の供給が瞬時の間遮断されるが、時刻ｔ2に第２の半導体スイッチ４Ｂがオンとなるので、負荷６には第２の交流電源２Ｂからの交流電力が入力遮断器３Ｂ、第２の半導体スイッチ４Ｂ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給されることになる。
【００４４】
また、ハイブリッド方式で稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合の各スイッチのオンオフ状態についての変化は図４（ｂ）に示すようになる。すなわち、稼働系統がＡ系に選択されているときには、半導体スイッチ４Ａ，４Ｂはオフ、切換スイッチ２１はＰA2側、切換スイッチ２２はＰA1側になっているので、第１の交流電源２Ａからの交流電力が、入力遮断器３Ａ、点ＰA1、第２の切換スイッチ２２、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して負荷６に供給されている。
【００４５】
そして、この状態で稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、時刻ｔ1で第２の半導体スイッチ４Ｂをオンにし、続いて時刻ｔ2で第１の切換スイッチ２１のＰA2側からＰB1側への切換動作を開始すると共に、第２の切換スイッチ２２のＰA1側からＰB2側への切換動作を開始する。これら切換スイッチ２１，２２の切換動作は時刻ｔ3で完了し、その後時刻ｔ4で第２の半導体スイッチ４Ｂがオフになる。したがって、図１０の場合と同様に、Ａ系からＢ系への切換動作を無瞬断で行うことができ、負荷６側に切換動作の際の悪影響が及ぶのを防止することができる。
【００４６】
この図３の第２の実施形態では、機械式スイッチとして双投形の切換スイッチ２１，２２を用いているので、図１の第１の実施形態に比べて機械式スイッチの数が削減された結果となっている。したがって、スイッチのオンオフ制御がより簡単化されると共に、スイッチ数の削減によりコストが低減化された結果となっている。
【００４７】
図５は、本発明の第３の実施形態の構成を示すと共に、この実施形態を適用した電源供給システムの構成を示した説明図である。この実施形態に係る系統切換装置は、ハイブリッド方式による系統切換について許可又は禁止を与える機能を有するものであり、また、交流電源系統には無停電電源装置が含まれているものである。
【００４８】
図５において、系統切換装置２３は、図１の系統切換装置１１とほぼ同様の構成であるが、第１のハイブリッド切換許可回路２４及び第２のハイブリッド切換許可回路２５を有する点が異なっている。この系統切換装置２３には、第１の無停電電源装置２６Ａからの交流電力がＡ系入力として供給されると共に、第２の無停電電源装置２６Ｂからの交流電力がＢ系入力として供給されるようになっている。これら無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂは、それぞれ負荷６Ａ，６Ｂに対しても交流電力を出力している。
【００４９】
すなわち、この図５の電源供給システムでは、通常運転時には、系統切換装置２３及び無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂの３つの装置が常時出力を行っており、コンピュータ装置などの最も重要な負荷６が系統切換装置２３からの交流電力の供給を受け、通常負荷６Ａ，６Ｂが無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂからの交流電力の供給を受けるようになっている。したがって、系統切換装置２３はＡ系又はＢ系の何れかの系統を稼働系統として切り換えることができるので、Ａ系又はＢ系の何れか一方に異常が発生したとしても、負荷６，６Ａ，６Ｂのうち少なくとも最重要負荷６についてだけは系統切換装置２３の切換動作により継続して交流電力が供給されるようになっている。
【００５０】
第１の無停電電源装置２６Ａは、入力遮断器２７Ａを介して第１の交流電源２Ａからの交流電力を入力してこれを直流電力に変換するコンバータ２８Ａと、コンバータ２８Ａからの直流電力を交流電力に変換してこれを切換スイッチ３０Ａを介して負荷６Ａに出力するインバータ２９Ａと、停電時にコンバータ２８Ａに代わって直流電力をインバータ２９Ａに供給するバッテリー３１Ａと、バイパス遮断器３３Ａが設けられているバイパス路３２Ａと、負荷６Ａへ出力される負荷電流を検出する電流検出器３４Ａと、電流検出器３４Ａからの検出信号に基づきハイブリッド方式によるＡ系からＢ系への系統切換の可否を判定する判定回路３５Ａとを有している。第２の無停電電源装置２６Ｂも上記の第１の無停電電源装置２６Ａと同様の構成となっている。
【００５１】
図６は、図５の判定回路３５Ａについての論理構成図である。この図に示すように、判定回路３５Ａは、ＡＮＤ回路３６Ａを有しており、負荷電流が設定値よりも小さいという条件とＵＰＳ（無停電電源装置）が正常運転状態であるという条件の２つの条件が共に成立した場合に、ハイブリッド方式によるＡ系からＢ系への系統切換が可能である旨の判定信号を第１のハイブリッド切換許可回路２４に出力するようになっている。
【００５２】
次に、図５の動作につき説明する。いま、第１の無停電電源装置２６Ａ、系統切換装置２３、及び第２の無停電電源装置２６Ｂのいずれも正常な運転状態でそれぞれ負荷６Ａ，６，６Ｂに交流電力を供給しており、系統切換装置２３は、Ａ系入力すなわち第１の無停電電源装置２６Ａからの入力に基づき負荷６に交流電力を供給しているものとする。この状態で、Ａ系のいずれかの個所で異常が発生した場合、図示を省略している制御回路は、スイッチ４Ａ，４Ｂ、及びスイッチ１２〜１５のオンオフ制御により系統切換装置２３における稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えようとする。
【００５３】
このとき、判定回路３５Ａは図６にて説明した２つの条件が成立しているか否かに基づく判定を行い、その判定結果を第１のハイブリッド切換許可回路２４に出力する。第１のハイブリッド切換許可回路２４は、この判定結果を受けて、制御回路に対してハイブリッド方式による系統切換を許可する信号又は禁止する信号を出力する。
【００５４】
ここで、ハイブリッド方式による系統切換が禁止される場合とは、例えば、負荷６Ａへの負荷電流が設定値よりも大きな場合、あるいは切換スイッチ３０Ａがバイパス路３２Ａ側に切り換えられて第１の交流電源２Ａからの直送給電が行われているような場合である。したがって、この場合には系統切換装置２３はハイブリッド方式ではなく、半導体スイッチ方式により系統切換動作を行う。この場合の切換動作の内容については第１の実施形態において既述しているので重複した説明を省略する。
【００５５】
また、ハイブリッド方式による系統切換が許可された場合、系統切換装置２３はそのままハイブリッド方式による系統切換を実行するがこの場合の切換動作の内容についても第１の実施形態で既述しているので省略する。なお、図５の構成では、判定回路３５Ａ，３５Ｂがそれぞれ無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂに設けられている場合を示したが、これら判定回路３５Ａ，３５Ｂは系統切換装置２３に設けることも可能である。
【００５６】
このように、この第３の実施形態では系統切換装置２３が、ハイブリッド方式による系統切換の可否をチェックする機能を備えているので、ハイブリッド方式による切換実行時に過大な横流の発生によってシステムに支障を及ぼすことを未然に防ぐことができる。
【００５７】
図７は、本発明の第４の実施形態の構成を示すと共に、この実施形態を適用した電源供給システムの構成を示した説明図である。この実施形態は、オペレータが制御盤の手動操作でハイブリッド方式による系統切換を行おうとする場合に、この系統切換に伴って発生する横流の大きさを予測し、この予測結果に基づきハイブリッド方式による系統切換の可否をチェックする機能を備えたものである。
【００５８】
図７の構成は、図５における第１の無停電電源装置２６Ａ、系統切換装置２３、及び第２の無停電電源装置２６Ｂをそれぞれ第１の無停電電源装置４０Ａ、系統切換装置３７、及び第２の無停電電源装置４０Ｂに置き換えたものである。系統切換装置３７が系統切換装置２３と異なる主な点は、横流予測手段３８及び手動時ハイブリッド切換許可回路３９を備えている点であり、無停電電源装置４０Ａ，４０Ｂが無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂと異なる主な点は横流許容量演算回路４１Ａ，４１Ｂを備えている点である。
【００５９】
横流予測手段３８はＡ系及びＢ系の電圧検出信号を入力しており、Ａ系とＢ系との間の電圧差及び位相差に基づき、ハイブリッド方式による系統切換を行った場合に発生する横流Ｉを予測演算するようになっている。この予測演算は次のようにして行う。すなわち、Ａ系入力電圧をＶA、Ｂ系入力電圧をＶB、位相差をθ、周波数をｆ、インダクタンスをＬとすれば、系統間の差電圧ΔＶは（１）式により求められ、この（１）式の結果を用いて横流Ｉを（２）式により求めることができる。ここで、入力電圧が無停電電源装置からのものである場合には、一般に、θ≒０となるため、sinθ≒θ、cosθ≒１とすることができるので、（２）式の代わりに（３）式を用いて横流Iを求めることができる。
【００６０】
【数１】
横流許容量演算回路４１Ａ，４１Ｂは電流検出器３４Ａ，３４Ｂの検出値に基づき横流許容量を演算する。この演算は、予め設定されている最大横流許容量から検出電流量を差し引く簡単なものである。系統切換装置３７には減算器４２Ａ，４２Ｂが設けられており、横流許容量演算回路４１Ａからの横流許容量と横流予測手段３８からの予測量との偏差、及び横流許容量演算回路４１Ｂからの横流許容量と横流予測手段３８からの予測量との偏差が手動時ハイブリッド切換許可回路３９に入力されるようになっている。手動時ハイブリッド切換許可回路３９は、これらの入力に基づきオペレータが手動操作によって稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合、あるいはＢ系からＡ系に切り換える場合にハイブリッド方式を採用することの可否についての許可信号又は禁止信号を制御回路に出力するようになっている。
【００６１】
上記の第４の実施形態によれば、オペレータがハイブリッド方式による系統切換を手動操作で行おうとする場合に、負荷状態で決まる横流許容量と、予測演算した横流量との比較に基づき、その系統切換の可否を判定しているので、過大な横流に起因する異常事故の発生を未然に防ぎ、より安全な系統切換を実行することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、運転条件の変更に迅速且つ容易に対処することが可能な系統切換装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成図。
【図２】図１の動作を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は半導体スイッチ方式による切換動作の場合、（ｂ）はハイブリッド方式による切換動作の場合を示している。
【図３】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図４】図３の動作を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は半導体スイッチ方式による切換動作の場合、（ｂ）はハイブリッド方式による切換動作の場合を示している。
【図５】本発明の第３の実施形態の構成を示すと共に、この実施形態を適用した電源供給システムの構成を示した説明図。
【図６】図５の判定回路３５Ａについての論理構成図。
【図７】本発明の第４の実施形態の構成を示すと共に、この実施形態を適用した電源供給システムの構成を示した説明図。
【図８】半導体スイッチ方式により系統切換動作を行う従来装置の構成図。
【図９】図８の動作を説明するためのタイムチャート。
【図１０】ハイブリッド方式により系統切換動作を行う従来装置の構成図。
【図１１】図１０の動作を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１ 系統切換装置
２Ａ 第１の交流電源
２Ｂ 第２の交流電源
３Ａ，３Ｂ 入力遮断器
４Ａ 第１の半導体スイッチ
４Ｂ 第２の半導体スイッチ
５ 出力遮断器
６，６Ａ，６Ｂ 負荷
７ 系統切換装置
８Ａ 第１の半導体スイッチ
８Ｂ 第２の半導体スイッチ
９Ａ 第１の電流制限用リアクトル
９Ｂ 第２の電流制限用リアクトル
１０ 切換スイッチ
１１ 系統切換装置
１２ 第１の機械式スイッチ
１３ 第２の機械式スイッチ
１４ 第３の機械式スイッチ
１５ 第４の機械式スイッチ
１６ メインテナンス用バイパス路
１７ メインテナンス用バイパス路
１８，１９ バイパス路遮断器
２０ 系統切換装置
２１ 第１の切換スイッチ
２２ 第２の切換スイッチ
２３ 系統切換装置
２４ 第１のハイブリッド切換許可回路
２５ 第２のハイブリッド切換許可回路
２６Ａ 第１の無停電電源装置
２６Ｂ 第２の無停電電源装置
２７Ａ，２７Ｂ 入力遮断器
２８Ａ，２８Ｂ コンバータ
２９Ａ，２９Ｂ インバータ
３０Ａ，３０Ｂ 切換スイッチ
３１Ａ，３１Ｂ バッテリー
３２Ａ，３２Ｂ バイパス路
３３Ａ，３３Ｂ バイパス遮断器
３４Ａ，３４Ｂ 電流検出器
３５Ａ，３５Ｂ 判定回路
３６Ａ ＡＮＤ回路
３７ 系統切換装置
３８ 横流予測手段
３９ 手動時ハイブリッド切換許可回路
４０Ａ 第１の無停電電源装置
４０Ｂ 第２の無停電電源装置
４１Ａ，４１Ｂ 横流許容量演算回路
４２Ａ，４２Ｂ 減算器
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷の運転中に２つの交流電源系統の切り換えを行う系統切換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータ装置等の重要負荷に対しては、常時安定した電源を供給しなければならず、その間は一瞬たりとも停電状態の発生により負荷の運転が停止することは許されない。そのため、このような重要負荷に対しては、通常、２つの交流電源系統から電力供給を行うことができるようにしておき、負荷に対して現在電力供給を行っている系統（本明細書では「稼働系統」と呼ぶ）に異常が発生した場合には、直ちに他方の系統から電力供給が行われるように系統切換を行なうこととしている。系統切換装置は、このような場合の系統切換動作を行うものであり、系統切換方式の相違により半導体スイッチ形とハイブリッド形とに大別される。
【０００３】
半導体スイッチ方式とは、系統切換の手段として半導体スイッチのみを用いる方式であり、この方式では瞬間的な電源遮断状態の発生が避けられないのが特徴である。一方、ハイブリッド方式とは、系統切換の手段として半導体スイッチ及び機械式スイッチの双方を併用する方式であり、この方式では無瞬断での系統切換を行うことができるのが特徴である（例えば特開平４−１６５９３０号公報）。以下、半導体スイッチ方式に係る従来の系統切換装置、及びハイブリッド方式に係る従来の系統切換装置のそれぞれにつき説明する。
【０００４】
図８は、半導体スイッチ方式により系統切換動作を行う従来装置の構成図である。系統切換装置１は、第１の交流電源２Ａ又は第２の交流電源２Ｂの何れか一方を稼働系統として選択し、その選択した側の系統からの交流電力を負荷６に対して供給するようになっている。系統切換装置１は第１の半導体スイッチ４Ａ及び第２の半導体スイッチ４Ｂを有している。この第１の半導体スイッチ４Ａ及び第２の半導体スイッチ４Ｂは、その入力側がそれぞれ入力遮断器３Ａ，３Ｂを介して第１の交流電源２Ａ及び第２の交流電源２Ｂに接続されており、また、出力側が共通接続点Ｐ及び出力遮断器５を介して負荷６に接続されている。
【０００５】
次に、図８の動作を説明する。図９は、稼働系統をＡ系（第１の交流電源２Ａ、入力遮断器３Ａ、第１の半導体スイッチ４Ａ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を通って負荷６に至る系統）からＢ系（第２の交流電源２Ｂ、入力遮断器３Ｂ、第２の半導体スイッチ４Ｂ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を通って負荷６に至る系統）に切り換える場合についてのタイムチャートである。
【０００６】
まず、負荷６の運転中は入力遮断器３Ａ，３Ｂ及び出力遮断器５は常時オンになっている。そして、稼働系統がＡ系に選択されているときには第１の半導体スイッチ４Ａがオン、第２の半導体スイッチ４Ｂがオフになっているので、負荷６には第１の交流電源２Ａからの交流電力が入力遮断器３Ａ、第１の半導体スイッチ４Ａ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給される。この状態で、稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、それまでオン状態であった第１の半導体スイッチ４Ａが時刻ｔ1にオフとなる。したがって、この時点で第１の交流電源２Ａから負荷６に対する交流電力の供給が瞬時の間遮断されるが、時刻ｔ2に第２の半導体スイッチ４Ｂがオンとなるので、負荷６には第２の交流電源２Ｂからの交流電力が入力遮断器３Ｂ、第２の半導体スイッチ４Ｂ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給されることになる。
【０００７】
このような半導体スイッチ方式の系統切換では、限流要素がないために切換時点で両系統をラップさせることができず、常に瞬断切換となる。また、この方式では給電経路に常時半導体スイッチが入ることになるため大きな電力損失が発生し、更に半導体スイッチを構成するスイッチング素子は長時間の使用に耐えるものを用いなければならない、などの短所を有している。しかし、この方式では、系統間に横流が発生しないので、上位系統のシステムに関係なく適用することが可能であるという長所を有している。
【０００８】
図１０は、ハイブリッド方式により系統切換動作を行う従来装置の構成図である。この系統切換装置７も、図８の場合と同様に、第１の交流電源２Ａ又は第２の交流電源２Ｂの何れか一方を稼働系統として選択し、その選択した側の系統からの交流電力を負荷６に対して供給するものである。系統切換装置７は第１の半導体スイッチ８Ａ及び第２の半導体スイッチ８Ｂを有している。この第１の半導体スイッチ８Ａ及び第２の半導体スイッチ８Ｂは、その入力側がそれぞれ入力遮断器３Ａ，３Ｂを介して第１の交流電源２Ａ及び第２の交流電源２Ｂに接続されており、出力側がそれぞれ第１の電流制限用リアクトル９Ａ及び第２の電流制限用リアクトル９Ｂを介して共通接続点Ｐに接続されている。そして、この共通接続点Ｐが出力遮断器５を介して負荷６に接続されている。
【０００９】
また、半導体スイッチ８Ａ，８Ｂの入力側の点ＰA，ＰBと、共通接続点Ｐとの間には双投式の切換スイッチ１０が接続されている。なお、このハイブリッド方式で用いられる半導体スイッチ８Ａ，８Ｂは、半導体スイッチ方式で用いられる半導体スイッチ４Ａ，４Ｂと異なり、系統切換の際の短時間の間のみ使用することを前提として作られたものである。
【００１０】
次に、図１０の動作を説明する。図１１は、稼働系統をＡ系（第１の交流電源２Ａ、入力遮断器３Ａ、点ＰA、切換スイッチ１０、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を通って負荷６に至る系統）からＢ系（第２の交流電源２Ｂ、入力遮断器３Ｂ、点ＰB、切換スイッチ１０、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を通って負荷６に至る系統）に切り換える場合についてのタイムチャートである。
【００１１】
まず、負荷６の運転中は入力遮断器３Ａ，３Ｂ及び出力遮断器５は常時オンになっている。そして、稼働系統がＡ系に選択されているときには、切換スイッチ１０の接点はＰA側に位置しており、半導体スイッチ８Ａ，８Ｂはオフになっているので、負荷６には上記のＡ系を経由して交流電力が供給されている。
【００１２】
そして、この状態から稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、時刻ｔ1で第２の半導体スイッチ８Ｂをオンにし、続いて時刻ｔ2で切換スイッチ１０のＰA側からＰB側への切換動作を開始する。切換スイッチ１０のこの切換動作は時刻ｔ3で完了し、その後時刻ｔ4で第２の半導体スイッチ８Ｂがオフになる。切換スイッチ１０は半導体スイッチに比べて切換速度が非常に遅い機械式スイッチであり、時刻ｔ2〜ｔ3までの期間がかなり長いものとなる。そのため、もし切換スイッチ１０のみで切り換えを行った場合には、この期間における負荷６に対する電力供給が遮断されることになり、負荷６側ではシステムダウン等の事故が発生する虞がある。
【００１３】
しかし、この図１０の構成では、時刻ｔ2〜ｔ3の期間をカバーする時刻ｔ1〜ｔ4の期間において第２の半導体スイッチ８Ｂがオンになっているので、第２の交流電源２Ｂからの交流電力が第２の半導体スイッチ８Ｂ及び第２の電流制限用リアクトル９Ｂを介して負荷６に対して供給される。したがって、Ａ系からＢ系への切換動作を無瞬断で行うことができ、負荷６側に切換動作の際の悪影響が及ぶのを防止することができる。
【００１４】
このように、ハイブリッド方式は、Ａ系からの電力供給とＢ系からの電力供給とがラップする期間が設けられているため系統の切換動作を無瞬断で行うことができ、負荷６に対する影響の観点からは半導体スイッチ方式よりも好ましい方式であるということができる。また、機械式スイッチの切換動作完了後は半導体スイッチがオフするために電力損失を小さくすることもできる。
【００１５】
しかし、時刻ｔ1で第２の半導体スイッチ８Ｂをオンにした直後はＡ系から負荷６への電力供給が行われているため、この第２の半導体スイッチ８Ｂから出力される電流がＡ系側へ横流として流入しようとする。この横流は第２の電流制限用リアクトル９Ｂによって抑制されるようになっているが、負荷６の運転状況によっては過大な電流レベル（このときの電流レベルの大きさは、オペレータの操作に基づく手動切換の場合にあっては両系統の電源電圧の差及び位相差によって決定され、また、異常事故発生に基づく自動切換の場合にあっては各系統の負荷量に依存するようになっている）となることがある。そして、過大な横流が発生した場合には、系統切換装置自体が故障したり、交流電源側に悪影響が及んだり、あるいは負荷６側の電圧が変動したりするなどの異常が発生する虞がある。したがって、系統切換方式としてハイブリッド方式を採用する場合は、その採用の可否についてシステムの詳細を充分に検討する必要がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、半導体スイッチ方式による系統切換は、系統間で横流が発生することはなく、また、電力損失を小さくできるという長所を有する反面、瞬間的な電源遮断状態の発生を避けることができず負荷に対して悪影響を及ぼす虞があるという短所を有している。一方、ハイブリッド方式による系統切換は、無瞬断で系統切換を行うことができるという長所を有する反面、系統間で過大な横流が発生する虞があるという短所を有している。したがって、系統切換装置として半導体スイッチ形、ハイブリッド形のいずれを採用するかについては、種々の条件を考慮して慎重に決定する必要がある。
【００１７】
しかし、一旦、系統切換の方式を決定した後で、システムの改修等を行った場合にはその都度、異なる切換方式の系統切換装置を設置し直さなければならず、あるいは負荷量が大きく変動する負荷の場合には運転期間中においても適用すべき切換方式が随時変化することがある。ところが、従来の系統切換装置は、いずれか一方の方式でしか切換動作を行うことができないため、このような運転条件の変更に迅速且つ容易に対処することができなかった。
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、運転条件の変更に迅速且つ容易に対処することが可能な系統切換装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、第１の交流電源系統又は第２の交流電源系統のうち稼働系統として選択したいずれか一方の系統からの交流電力を負荷に対して供給し、更にこの負荷の運転中に稼働系統を他方の系統に切り換えることが可能な系統切換装置において、入力側が前記第１の交流電源系統に接続された第１の半導体スイッチと、一端側が前記第１の半導体スイッチの出力側に接続され、他端側が前記負荷に接続された第１の電流制限用リアクトルと、入力側が前記第２の交流電源系統に接続された第２の半導体スイッチと、一端側が前記第２の半導体スイッチの出力側に接続され、他端側が前記第１の電流制限用リアクトルの他端と共に前記負荷に接続された第２の電流制限用リアクトルと、前記第１及び第２の半導体スイッチ並びに前記第１及び第２の電流制限用リアクトルのそれぞれをバイパスした電力供給経路又はバイパスしない電力供給経路を形成し、前記負荷の運転中での稼働系統の切り換えを半導体スイッチ方式又はハイブリッド方式のいずれかの方式で行うことを可能にする複数の機械式スイッチと、を備え、前記半導体スイッチ方式で系統切換を行う場合は、前記第１及び第２の電流制限用リアクトルのみをバイパスした電力供給経路を前記複数の機械式スイッチが形成した状態にしておき、この状態で前記一方の系統に接続されている側の半導体スイッチをオンからオフに切り換え、その直後に、前記他方の系統に接続されている側の半導体スイッチをオフからオンに切り換えるようにし、前記ハイブリッド方式で系統切換を行う場合は、前記一方の系統に接続された側の半導体スイッチをオフ状態にしておき、この状態で前記複数の機械式スイッチは、前記一方の系統に接続されている側の半導体スイッチ及び電流制限用リアクトルをバイパスするように形成されていた電力供給経路の遮断動作を開始すると共に、前記他方の系統に接続されている側の半導体スイッチ及び電流制限用リアクトルをバイパスする電力供給経路の形成動作を開始し、前記一方の系統に接続された側の半導体スイッチをバイパスするように形成されていた電力供給経路の前記遮断動作開始直前から前記他方の系統に接続された側の半導体スイッチをバイパスする電力供給経路の前記形成動作終了直後までの期間のみは、前記他方の系統に接続された側の半導体スイッチをオンにしておく、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の機械式スイッチは、前記第１の半導体スイッチに並列接続された第１の機械式スイッチ、前記第１の電流制限用リアクトルに並列接続された第２の機械式スイッチ、前記第２の半導体スイッチに並列接続された第３の機械式スイッチ、及び前記第２の電流制限用リアクトルに並列接続された第４の機械式スイッチであり、前記半導体スイッチ方式で系統切換を行う場合は、前記第１及び第３の機械式スイッチをオフ状態にすると共に前記第２及び第４の機械式スイッチをオン状態にしておき、この状態で前記第１の半導体スイッチ（又は第２の半導体スイッチ）をオンからオフに切り換え、その直後に、前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）をオフからオンに切り換えるようにし、前記ハイブリッド方式で系統切換を行う場合は、前記第１の半導体スイッチ（又は第２の半導体スイッチ）をオフ状態にしておき、この状態で前記第１及び第２の機械式スイッチ（又は第３及び第４の機械式スイッチ）のオンからオフへの切換動作を開始すると共に、前記第３及び第４の機械式スイッチ（又は第１及び第２の機械式スイッチ）のオフからオンへの切換動作を開始し、少なくとも前記第１の機械式スイッチ（又は第３の機械式スイッチ）のオンからオフへの切換動作開始直前から前記第３の機械式スイッチ（又は第１の機械式スイッチ）のオフからオンへの切換動作終了直後までの期間は、前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）をオンにしておく、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の機械式スイッチは、前記第１の交流電源系統からの交流電力を前記第１の半導体スイッチを介して前記負荷に供給する電力供給経路、又は前記第２の交流電源系統からの交流電力を前記負荷に直接供給する電力供給経路を形成する第１の切換スイッチ、及び前記第２の交流電源系統からの交流電力を前記第２の半導体スイッチを介して前記負荷に供給する電力供給経路、又は前記第１の交流電源系統からの交流電力を前記負荷に直接供給する電力供給経路を形成する第２の切換スイッチであり、前記半導体スイッチ方式で系統切換を行う場合は、前記第１の切換スイッチが前記第１の半導体スイッチを介した第１の交流電源系統の電力供給経路を形成すると共に、前記第２の切換スイッチが前記第２の半導体スイッチを介した第２の交流電源系統の電力供給経路を形成した状態にしておき、この状態で前記第１の半導体スイッチ（又は第２の半導体スイッチ）をオンからオフに切り換え、その直後に、前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）をオフからオンに切り換えるようにし、前記ハイブリッド方式で系統切換を行う場合は、前記第１及び第２の半導体スイッチをオフ状態にしておき、この状態で前記第１の切換スイッチ（又は第２の切換スイッチ）に対して前記第１の半導体スイッチ（又は第２の半導体スイッチ）を介した第１の交流電源系統（又は第２の交流電源系統）の電力供給経路から前記第２の交流電源系統（又は第１の交流電源系統）の直接の電力供給経路への経路切換動作を開始させると共に、第２の切換スイッチ（又は第１の切換スイッチ）に対して前記第１の交流電源系統（又は第２の交流電源系統）の直接の電力供給経路から前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）を介した第２の交流電源系統（又は第１の交流電源系統）の電力供給経路への経路切換動作を開始させ、前記第１及び第２の切換スイッチの経路切換動作開始直前から経路切換動作終了直後までの期間は前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）をオンにしておく、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１の交流電源系統から第１の無停電電源装置を介して交流電力を入力する場合に、この第１の無停電電源装置の負荷電流検出値が設定値より小さく且つこの第１の無停電電源装置が正常運転状態であることを条件に、第１の交流電源系統側から第２の交流電源系統へのハイブリッド方式による稼働系統の切り換えを許可する第１のハイブリッド切換許可回路と、前記第２の交流電源系統から第２の無停電電源装置を介して交流電力を入力する場合に、この第２の無停電電源装置の負荷電流検出値が設定値より小さく且つこの第２の無停電電源装置が正常運転状態であることを条件に、第２の交流電源系統側から第１の交流電源系統へのハイブリッド方式による稼働系統の切り換えを許可する第２のハイブリッド切換許可回路と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記第１の交流電源系統及び第２の交流電源系統間で稼働系統の切り換えを行ったときに発生する横流を、この第１の交流電源系統と第２の交流電源系統との間の電圧差及び位相差に基づき演算する横流予測手段と、前記横流予測手段による予測結果と、前記第１の交流電源系統側又は第２の交流電源系統側の負荷供給電流の検出に基づき求められた横流許容量とから、前記ハイブリッド方式による稼働系統への切り換えを手動操作で行うことを許可する手動時ハイブリッド切換許可回路と、を備えたことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態の構成図である。系統切換装置１１は、従来装置と同様に、第１の交流電源２Ａ又は第２の交流電源２Ｂの何れか一方を稼働系統として選択し、その選択した側の系統からの交流電力を負荷６に対して供給するようになっている。この系統切換装置１１は、図８又は図１０において示したのと同様の構成要素と、本図において新たに追加された構成要素とを有している。
【００２８】
すなわち、系統切換装置１１は、入力側が入力遮断器３Ａを介して第１の交流電源２Ａに接続された第１の半導体スイッチ４Ａと、一端側が第１の半導体スイッチ４Ａの出力側に接続され、他端側が共通接続点Ｐ及び出力遮断器５を介して負荷６に接続された第１の電流制限用リアクトル９Ａと、入力側が入力遮断器３Ｂを介して第２の交流電源２Ｂに接続された第２の半導体スイッチ４Ｂと、一端側が第２の半導体スイッチ４Ｂの出力側に接続され、他端側が第１の電流制限用リアクトル９Ａの他端と共に共通接続点Ｐにおいて接続された第２の電流制限用リアクトル９Ｂとを有している。
【００２９】
そして、第１の半導体スイッチ４Ａには第１の機械式スイッチ１２が、第１の電流制限用リアクトル９Ａには第２の機械式スイッチ１３が、第２の半導体スイッチ４Ｂには第３の機械式スイッチ１４が、第２の電流制限用リアクトル９Ｂには第４の機械式スイッチ１５が、それぞれ並列接続されている。これらの機械式スイッチ１２〜１５は、図示を省略してある制御回路により、手動で（オペレータが制御盤を操作する）、あるいは異常発生の検出時には自動で、オン、オフが制御されるようになっている。
【００３０】
系統切換装置１１は、また、Ａ系及びＢ系に沿って設けられたメインテナンス用バイパス路１６，１７を有しており、これらメインテナンス用バイパス路１６，１７には、それぞれバイパス路遮断器１８，１９が配設されている。これらは、入力遮断器３Ａ又は３Ｂと、出力遮断器５とをオフした状態で各系統の構成機器についてメインテナンスを行っている期間においても、第１の交流電源２Ａ又は第２の交流電源２Ｂからの交流電力を負荷６に対して供給できるようにするためのものである。
【００３１】
上記のような構成を有する系統切換装置１１によれば、第１の交流電源２Ａ及び第２の交流電源２Ｂ間で系統切換を行う際の方式を迅速且つ容易に選択することができる。
【００３２】
次に、図１の動作を図２のタイムチャートに基づき説明する。まず、半導体スイッチ方式により稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合を図２（ａ）に基づき説明する。なお、通常運転中は入力遮断器３Ａ，３Ｂ及び出力遮断器５はオン、バイパス路遮断器１８，１９はオフとなっている。
【００３３】
半導体スイッチ方式で切換動作を行う場合、第１の機械式スイッチ１２及び第３の機械式スイッチ１４は常時オフであり、また、第２の機械式スイッチ１３及び第４の機械式スイッチ１５は常時オンになっている。したがって、この場合の系統切換装置１１における回路構成は、図８の系統切換装置１における回路構成と等価になる。
【００３４】
それ故、この場合の系統切換動作も図９に示した動作と実質的にほぼ同じものとなる。すなわち、稼働系統がＡ系に選択されているときには第１の半導体スイッチ４Ａがオン、第２の半導体スイッチ４Ｂがオフになっているので、負荷６には第１の交流電源２Ａからの交流電力が入力遮断器３Ａ、第１の半導体スイッチ４Ａ、第２の機械式スイッチ１３、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給される。この状態で、稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、それまでオン状態であった第１の半導体スイッチ４Ａが時刻ｔ1にオフとなる。したがって、この時点で第１の交流電源２Ａから負荷６に対する交流電力の供給が瞬時の間遮断されるが、時刻ｔ2に第２の半導体スイッチ４Ｂがオンとなるので、負荷６には第２の交流電源２Ｂからの交流電力が入力遮断器３Ｂ、第２の半導体スイッチ４Ｂ、第４の機械式スイッチ１５、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給されることになる。
【００３５】
次に、ハイブリッド方式により稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合を図２（ｂ）に基づき説明する。稼働系統がＡ系に選択されているときには第１の半導体スイッチ４Ａがオフ、第１及び第２の機械式スイッチ１２，１３がオン、第２の半導体スイッチ４Ｂがオフ、第３及び第４の機械式スイッチ１４，１５がオフとなっているので、第１の交流電源２Ａからの交流電力が入力遮断器３Ａ、第１の機械式スイッチ１２、第２の機械式スイッチ１３、共通接続点Ｐ、出力遮断器５、を経由して負荷６に供給されている。
【００３６】
そして、この状態で稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、時刻ｔ1で第２の半導体スイッチ４Ｂをオンにし、次いで時刻ｔ2で第１の機械式スイッチ１２のオフ動作を開始すると共に第３の機械式スイッチ１４のオン動作を開始する。更に、時刻ｔ3で第２の機械式スイッチ１３のオフ動作を開始すると共に第４の機械式スイッチ１５のオン動作を開始する。
【００３７】
第２の半導体スイッチ４Ｂがオンになった時刻ｔ1直後においては、まだ第１の機械式スイッチ１２及び第２の機械式スイッチ１３はオンになっているため、第２の半導体スイッチ４Ｂから出力される電流が横流となって、これらのスイッチ１３，１２、及び入力遮断器３Ａを介して第１の交流電源２Ａ側に流入しようとするが、このとき第４の機械式スイッチ１５はオフとなっているので、この横流は第２の電流制限用リアクトル９Ｂにより抑制されることになる。
【００３８】
そして、時刻ｔ4の時点でスイッチ１２が完全にオフになると共にスイッチ１４が完全にオンになる。したがって、この時点では第１の交流電源２Ａからの交流電力は完全に遮断され、一方、第２の交流電源２Ｂからの交流電力は第２の半導体スイッチ４Ｂ及び第３の機械式スイッチ１４の双方を通って負荷６側に供給されている。
【００３９】
次いで、時刻ｔ5で第２の半導体スイッチ４Ｂがオフとなり、この時点で第２の交流電源２Ｂからの交流電力は第３の機械式スイッチ１４のみを通って負荷６側に供給されることになる。この後、時刻ｔ6で第２の機械式スイッチ１３が完全にオフとなり、第４の機械式スイッチ１５が完全にオンとなる。これにより、Ａ系からＢ系への系統切換動作が完了する。なお、時刻ｔ3〜ｔ6で第２の機械式スイッチ１３をオフにしているが、これはＡ系からＢ系への切り換えに必要なものではなく、この後Ｂ系からＡ系へ切り換えを行う場合に、Ａ系からＢ系への横流を第１の電流制限用リアクトル９Ａにより抑制するために必要なものである。
【００４０】
上記のように、図１の構成によれば、半導体スイッチ４Ａ，４Ｂ、及び機械式スイッチ１２〜１５のオンオフを制御することにより、半導体スイッチ方式、ハイブリッド方式のいずれの方式によっても系統切換動作を行うことができるようになり、運転条件の変更に迅速且つ容易に対処することが可能になる。
【００４１】
図３は、本発明の第２の実施形態の構成図である。図３が図１と異なる点は、機械式スイッチ１２〜１５の代わりに双投式の第１の切換スイッチ２１及び第２の切換スイッチ２２を用いている点である。第１の切換スイッチ２１の一方の側は点ＰA2，ＰB1に接続され、他方の側は共通接続点Ｐに接続されている。第２の切換スイッチ２２の一方の側は点ＰA1，ＰB2に接続され、他方の側は共通接続点Ｐに接続されている。
【００４２】
次に、図３の動作を図４のタイムチャートに基づき説明する。半導体スイッチ方式で稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合の各スイッチのオンオフ状態についての変化は図４（ａ）に示すようになる。この図に示すように、第１の切換スイッチ２１の接点はＰA2側、第２の切換スイッチ２２の接点はＰB2側に常時位置している。したがって、第１の電流制限用リアクトル９Ａ及び第２の電流制限用リアクトル９Ｂはこれらスイッチ２１，２２によりバイパスされた状態になっており、この状態の回路構成は図８と等価なものになっている。
【００４３】
そして、稼働系統がＡ系に選択されているときには、第１の半導体スイッチ４Ａがオン、第２の半導体スイッチ４Ｂがオフになっているので、負荷６には第１の交流電源２Ａからの交流電力が入力遮断器３Ａ、第１の半導体スイッチ４Ａ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給される。この状態で、稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、それまでオン状態であった第１の半導体スイッチ４Ａが時刻ｔ1にオフとなる。したがって、この時点で第１の交流電源２Ａから負荷６に対する交流電力の供給が瞬時の間遮断されるが、時刻ｔ2に第２の半導体スイッチ４Ｂがオンとなるので、負荷６には第２の交流電源２Ｂからの交流電力が入力遮断器３Ｂ、第２の半導体スイッチ４Ｂ、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して供給されることになる。
【００４４】
また、ハイブリッド方式で稼働系統をＡ系からＢ系に切り換える場合の各スイッチのオンオフ状態についての変化は図４（ｂ）に示すようになる。すなわち、稼働系統がＡ系に選択されているときには、半導体スイッチ４Ａ，４Ｂはオフ、切換スイッチ２１はＰA2側、切換スイッチ２２はＰA1側になっているので、第１の交流電源２Ａからの交流電力が、入力遮断器３Ａ、点ＰA1、第２の切換スイッチ２２、共通接続点Ｐ、及び出力遮断器５を経由して負荷６に供給されている。
【００４５】
そして、この状態で稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えるべく、時刻ｔ1で第２の半導体スイッチ４Ｂをオンにし、続いて時刻ｔ2で第１の切換スイッチ２１のＰA2側からＰB1側への切換動作を開始すると共に、第２の切換スイッチ２２のＰA1側からＰB2側への切換動作を開始する。これら切換スイッチ２１，２２の切換動作は時刻ｔ3で完了し、その後時刻ｔ4で第２の半導体スイッチ４Ｂがオフになる。したがって、図１０の場合と同様に、Ａ系からＢ系への切換動作を無瞬断で行うことができ、負荷６側に切換動作の際の悪影響が及ぶのを防止することができる。
【００４６】
この図３の第２の実施形態では、機械式スイッチとして双投形の切換スイッチ２１，２２を用いているので、図１の第１の実施形態に比べて機械式スイッチの数が削減された結果となっている。したがって、スイッチのオンオフ制御がより簡単化されると共に、スイッチ数の削減によりコストが低減化された結果となっている。
【００４７】
図５は、本発明の第３の実施形態の構成を示すと共に、この実施形態を適用した電源供給システムの構成を示した説明図である。この実施形態に係る系統切換装置は、ハイブリッド方式による系統切換について許可又は禁止を与える機能を有するものであり、また、交流電源系統には無停電電源装置が含まれているものである。
【００４８】
図５において、系統切換装置２３は、図１の系統切換装置１１とほぼ同様の構成であるが、第１のハイブリッド切換許可回路２４及び第２のハイブリッド切換許可回路２５を有する点が異なっている。この系統切換装置２３には、第１の無停電電源装置２６Ａからの交流電力がＡ系入力として供給されると共に、第２の無停電電源装置２６Ｂからの交流電力がＢ系入力として供給されるようになっている。これら無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂは、それぞれ負荷６Ａ，６Ｂに対しても交流電力を出力している。
【００４９】
すなわち、この図５の電源供給システムでは、通常運転時には、系統切換装置２３及び無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂの３つの装置が常時出力を行っており、コンピュータ装置などの最も重要な負荷６が系統切換装置２３からの交流電力の供給を受け、通常負荷６Ａ，６Ｂが無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂからの交流電力の供給を受けるようになっている。したがって、系統切換装置２３はＡ系又はＢ系の何れかの系統を稼働系統として切り換えることができるので、Ａ系又はＢ系の何れか一方に異常が発生したとしても、負荷６，６Ａ，６Ｂのうち少なくとも最重要負荷６についてだけは系統切換装置２３の切換動作により継続して交流電力が供給されるようになっている。
【００５０】
第１の無停電電源装置２６Ａは、入力遮断器２７Ａを介して第１の交流電源２Ａからの交流電力を入力してこれを直流電力に変換するコンバータ２８Ａと、コンバータ２８Ａからの直流電力を交流電力に変換してこれを切換スイッチ３０Ａを介して負荷６Ａに出力するインバータ２９Ａと、停電時にコンバータ２８Ａに代わって直流電力をインバータ２９Ａに供給するバッテリー３１Ａと、バイパス遮断器３３Ａが設けられているバイパス路３２Ａと、負荷６Ａへ出力される負荷電流を検出する電流検出器３４Ａと、電流検出器３４Ａからの検出信号に基づきハイブリッド方式によるＡ系からＢ系への系統切換の可否を判定する判定回路３５Ａとを有している。第２の無停電電源装置２６Ｂも上記の第１の無停電電源装置２６Ａと同様の構成となっている。
【００５１】
図６は、図５の判定回路３５Ａについての論理構成図である。この図に示すように、判定回路３５Ａは、ＡＮＤ回路３６Ａを有しており、負荷電流が設定値よりも小さいという条件とＵＰＳ（無停電電源装置）が正常運転状態であるという条件の２つの条件が共に成立した場合に、ハイブリッド方式によるＡ系からＢ系への系統切換が可能である旨の判定信号を第１のハイブリッド切換許可回路２４に出力するようになっている。
【００５２】
次に、図５の動作につき説明する。いま、第１の無停電電源装置２６Ａ、系統切換装置２３、及び第２の無停電電源装置２６Ｂのいずれも正常な運転状態でそれぞれ負荷６Ａ，６，６Ｂに交流電力を供給しており、系統切換装置２３は、Ａ系入力すなわち第１の無停電電源装置２６Ａからの入力に基づき負荷６に交流電力を供給しているものとする。この状態で、Ａ系のいずれかの個所で異常が発生した場合、図示を省略している制御回路は、スイッチ４Ａ，４Ｂ、及びスイッチ１２〜１５のオンオフ制御により系統切換装置２３における稼働系統をＡ系からＢ系に切り換えようとする。
【００５３】
このとき、判定回路３５Ａは図６にて説明した２つの条件が成立しているか否かに基づく判定を行い、その判定結果を第１のハイブリッド切換許可回路２４に出力する。第１のハイブリッド切換許可回路２４は、この判定結果を受けて、制御回路に対してハイブリッド方式による系統切換を許可する信号又は禁止する信号を出力する。
【００５４】
ここで、ハイブリッド方式による系統切換が禁止される場合とは、例えば、負荷６Ａへの負荷電流が設定値よりも大きな場合、あるいは切換スイッチ３０Ａがバイパス路３２Ａ側に切り換えられて第１の交流電源２Ａからの直送給電が行われているような場合である。したがって、この場合には系統切換装置２３はハイブリッド方式ではなく、半導体スイッチ方式により系統切換動作を行う。この場合の切換動作の内容については第１の実施形態において既述しているので重複した説明を省略する。
【００５５】
また、ハイブリッド方式による系統切換が許可された場合、系統切換装置２３はそのままハイブリッド方式による系統切換を実行するがこの場合の切換動作の内容についても第１の実施形態で既述しているので省略する。なお、図５の構成では、判定回路３５Ａ，３５Ｂがそれぞれ無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂに設けられている場合を示したが、これら判定回路３５Ａ，３５Ｂは系統切換装置２３に設けることも可能である。
【００５６】
このように、この第３の実施形態では系統切換装置２３が、ハイブリッド方式による系統切換の可否をチェックする機能を備えているので、ハイブリッド方式による切換実行時に過大な横流の発生によってシステムに支障を及ぼすことを未然に防ぐことができる。
【００５７】
図７は、本発明の第４の実施形態の構成を示すと共に、この実施形態を適用した電源供給システムの構成を示した説明図である。この実施形態は、オペレータが制御盤の手動操作でハイブリッド方式による系統切換を行おうとする場合に、この系統切換に伴って発生する横流の大きさを予測し、この予測結果に基づきハイブリッド方式による系統切換の可否をチェックする機能を備えたものである。
【００５８】
図７の構成は、図５における第１の無停電電源装置２６Ａ、系統切換装置２３、及び第２の無停電電源装置２６Ｂをそれぞれ第１の無停電電源装置４０Ａ、系統切換装置３７、及び第２の無停電電源装置４０Ｂに置き換えたものである。系統切換装置３７が系統切換装置２３と異なる主な点は、横流予測手段３８及び手動時ハイブリッド切換許可回路３９を備えている点であり、無停電電源装置４０Ａ，４０Ｂが無停電電源装置２６Ａ，２６Ｂと異なる主な点は横流許容量演算回路４１Ａ，４１Ｂを備えている点である。
【００５９】
横流予測手段３８はＡ系及びＢ系の電圧検出信号を入力しており、Ａ系とＢ系との間の電圧差及び位相差に基づき、ハイブリッド方式による系統切換を行った場合に発生する横流Ｉを予測演算するようになっている。この予測演算は次のようにして行う。すなわち、Ａ系入力電圧をＶA、Ｂ系入力電圧をＶB、位相差をθ、周波数をｆ、インダクタンスをＬとすれば、系統間の差電圧ΔＶは（１）式により求められ、この（１）式の結果を用いて横流Ｉを（２）式により求めることができる。ここで、入力電圧が無停電電源装置からのものである場合には、一般に、θ≒０となるため、sinθ≒θ、cosθ≒１とすることができるので、（２）式の代わりに（３）式を用いて横流Iを求めることができる。
【００６０】
【数１】
【００６１】
上記の第４の実施形態によれば、オペレータがハイブリッド方式による系統切換を手動操作で行おうとする場合に、負荷状態で決まる横流許容量と、予測演算した横流量との比較に基づき、その系統切換の可否を判定しているので、過大な横流に起因する異常事故の発生を未然に防ぎ、より安全な系統切換を実行することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、運転条件の変更に迅速且つ容易に対処することが可能な系統切換装置を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成図。
【図２】図１の動作を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は半導体スイッチ方式による切換動作の場合、（ｂ）はハイブリッド方式による切換動作の場合を示している。
【図３】本発明の第２の実施形態の構成図。
【図４】図３の動作を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は半導体スイッチ方式による切換動作の場合、（ｂ）はハイブリッド方式による切換動作の場合を示している。
【図５】本発明の第３の実施形態の構成を示すと共に、この実施形態を適用した電源供給システムの構成を示した説明図。
【図６】図５の判定回路３５Ａについての論理構成図。
【図７】本発明の第４の実施形態の構成を示すと共に、この実施形態を適用した電源供給システムの構成を示した説明図。
【図８】半導体スイッチ方式により系統切換動作を行う従来装置の構成図。
【図９】図８の動作を説明するためのタイムチャート。
【図１０】ハイブリッド方式により系統切換動作を行う従来装置の構成図。
【図１１】図１０の動作を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１ 系統切換装置
２Ａ 第１の交流電源
２Ｂ 第２の交流電源
３Ａ，３Ｂ 入力遮断器
４Ａ 第１の半導体スイッチ
４Ｂ 第２の半導体スイッチ
５ 出力遮断器
６，６Ａ，６Ｂ 負荷
７ 系統切換装置
８Ａ 第１の半導体スイッチ
８Ｂ 第２の半導体スイッチ
９Ａ 第１の電流制限用リアクトル
９Ｂ 第２の電流制限用リアクトル
１０ 切換スイッチ
１１ 系統切換装置
１２ 第１の機械式スイッチ
１３ 第２の機械式スイッチ
１４ 第３の機械式スイッチ
１５ 第４の機械式スイッチ
１６ メインテナンス用バイパス路
１７ メインテナンス用バイパス路
１８，１９ バイパス路遮断器
２０ 系統切換装置
２１ 第１の切換スイッチ
２２ 第２の切換スイッチ
２３ 系統切換装置
２４ 第１のハイブリッド切換許可回路
２５ 第２のハイブリッド切換許可回路
２６Ａ 第１の無停電電源装置
２６Ｂ 第２の無停電電源装置
２７Ａ，２７Ｂ 入力遮断器
２８Ａ，２８Ｂ コンバータ
２９Ａ，２９Ｂ インバータ
３０Ａ，３０Ｂ 切換スイッチ
３１Ａ，３１Ｂ バッテリー
３２Ａ，３２Ｂ バイパス路
３３Ａ，３３Ｂ バイパス遮断器
３４Ａ，３４Ｂ 電流検出器
３５Ａ，３５Ｂ 判定回路
３６Ａ ＡＮＤ回路
３７ 系統切換装置
３８ 横流予測手段
３９ 手動時ハイブリッド切換許可回路
４０Ａ 第１の無停電電源装置
４０Ｂ 第２の無停電電源装置
４１Ａ，４１Ｂ 横流許容量演算回路
４２Ａ，４２Ｂ 減算器
Claims (5)
- 第１の交流電源系統又は第２の交流電源系統のうち稼働系統として選択したいずれか一方の系統からの交流電力を負荷に対して供給し、更にこの負荷の運転中に稼働系統を他方の系統に切り換えることが可能な系統切換装置において、
入力側が前記第１の交流電源系統に接続された第１の半導体スイッチと、
一端側が前記第１の半導体スイッチの出力側に接続され、他端側が前記負荷に接続された第１の電流制限用リアクトルと、
入力側が前記第２の交流電源系統に接続された第２の半導体スイッチと、
一端側が前記第２の半導体スイッチの出力側に接続され、他端側が前記第１の電流制限用リアクトルの他端と共に前記負荷に接続された第２の電流制限用リアクトルと、
前記第１及び第２の半導体スイッチ並びに前記第１及び第２の電流制限用リアクトルのそれぞれをバイパスした電力供給経路又はバイパスしない電力供給経路を形成し、前記負荷の運転中での稼働系統の切り換えを半導体スイッチ方式又はハイブリッド方式のいずれかの方式で行うことを可能にする複数の機械式スイッチと、
を備え、
前記半導体スイッチ方式で系統切換を行う場合は、前記第１及び第２の電流制限用リアクトルのみをバイパスした電力供給経路を前記複数の機械式スイッチが形成した状態にしておき、この状態で前記一方の系統に接続されている側の半導体スイッチをオンからオフに切り換え、その直後に、前記他方の系統に接続されている側の半導体スイッチをオフからオンに切り換えるようにし、
前記ハイブリッド方式で系統切換を行う場合は、前記一方の系統に接続された側の半導体スイッチをオフ状態にしておき、この状態で前記複数の機械式スイッチは、前記一方の系統に接続されている側の半導体スイッチ及び電流制限用リアクトルをバイパスするように形成されていた電力供給経路の遮断動作を開始すると共に、前記他方の系統に接続されている側の半導体スイッチ及び電流制限用リアクトルをバイパスする電力供給経路の形成動作を開始し、前記一方の系統に接続された側の半導体スイッチをバイパスするように形成されていた電力供給経路の前記遮断動作開始直前から前記他方の系統に接続された側の半導体スイッチをバイパスする電力供給経路の前記形成動作終了直後までの期間のみは、前記他方の系統に接続された側の半導体スイッチをオンにしておく、
ことを特徴とする系統切換装置。 - 前記複数の機械式スイッチは、
前記第１の半導体スイッチに並列接続された第１の機械式スイッチ、前記第１の電流制限用リアクトルに並列接続された第２の機械式スイッチ、前記第２の半導体スイッチに並列接続された第３の機械式スイッチ、及び前記第２の電流制限用リアクトルに並列接続された第４の機械式スイッチであり、
前記半導体スイッチ方式で系統切換を行う場合は、前記第１及び第３の機械式スイッチをオフ状態にすると共に前記第２及び第４の機械式スイッチをオン状態にしておき、この状態で前記第１の半導体スイッチ（又は第２の半導体スイッチ）をオンからオフに切り換え、その直後に、前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）をオフからオンに切り換えるようにし、
前記ハイブリッド方式で系統切換を行う場合は、前記第１の半導体スイッチ（又は第２の半導体スイッチ）をオフ状態にしておき、この状態で前記第１及び第２の機械式スイッチ（又は第３及び第４の機械式スイッチ）のオンからオフへの切換動作を開始すると共に、前記第３及び第４の機械式スイッチ（又は第１及び第２の機械式スイッチ）のオフからオンへの切換動作を開始し、少なくとも前記第１の機械式スイッチ（又は第３の機械式スイッチ）のオンからオフへの切換動作開始直前から前記第３の機械式スイッチ（又は第１の機械式スイッチ）のオフからオンへの切換動作終了直後までの期間は、前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）をオンにしておく、
ことを特徴とする請求項１記載の系統切換装置。 - 前記複数の機械式スイッチは、
前記第１の交流電源系統からの交流電力を前記第１の半導体スイッチを介して前記負荷に供給する電力供給経路、又は前記第２の交流電源系統からの交流電力を前記負荷に直接供給する電力供給経路を形成する第１の切換スイッチ、
及び前記第２の交流電源系統からの交流電力を前記第２の半導体スイッチを介して前記負荷に供給する電力供給経路、又は前記第１の交流電源系統からの交流電力を前記負荷に直接供給する電力供給経路を形成する第２の切換スイッチであり、
前記半導体スイッチ方式で系統切換を行う場合は、前記第１の切換スイッチが前記第１の半導体スイッチを介した第１の交流電源系統の電力供給経路を形成すると共に、前記第２の切換スイッチが前記第２の半導体スイッチを介した第２の交流電源系統の電力供給経路を形成した状態にしておき、この状態で前記第１の半導体スイッチ（又は第２の半導体スイッチ）をオンからオフに切り換え、その直後に、前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）をオフからオンに切り換えるようにし、
前記ハイブリッド方式で系統切換を行う場合は、前記第１及び第２の半導体スイッチをオフ状態にしておき、この状態で前記第１の切換スイッチ（又は第２の切換スイッチ）に対して前記第１の半導体スイッチ（又は第２の半導体スイッチ）を介した第１の交流電源系統（又は第２の交流電源系統）の電力供給経路から前記第２の交流電源系統（又は第１の交流電源系統）の直接の電力供給経路への経路切換動作を開始させると共に、第２の切換スイッチ（又は第１の切換スイッチ）に対して前記第１の交流電源系統（又は第２の交流電源系統）の直接の電力供給経路から前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）を介した第２の交流電源系統（又は第１の交流電源系統）の電力供給経路への経路切換動作を開始させ、前記第１及び第２の切換スイッチの経路切換動作開始直前から経路切換動作終了直後までの期間は前記第２の半導体スイッチ（又は第１の半導体スイッチ）をオンにしておく、
ことを特徴とする請求項１記載の系統切換装置。 - 前記第１の交流電源系統から第１の無停電電源装置を介して交流電力を入力する場合に、この第１の無停電電源装置の負荷電流検出値が設定値より小さく且つこの第１の無停電電源装置が正常運転状態であることを条件に、第１の交流電源系統側から第２の交流電源系統へのハイブリッド方式による稼働系統の切り換えを許可する第１のハイブリッド切換許可回路と、
前記第２の交流電源系統から第２の無停電電源装置を介して交流電力を入力する場合に、この第２の無停電電源装置の負荷電流検出値が設定値より小さく且つこの第２の無停電電源装置が正常運転状態であることを条件に、第２の交流電源系統側から第１の交流電源系統へのハイブリッド方式による稼働系統の切り換えを許可する第２のハイブリッド切換許可回路と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の系統切換装置。 - 前記第１の交流電源系統及び第２の交流電源系統間で稼働系統の切り換えを行ったときに発生する横流を、この第１の交流電源系統と第２の交流電源系統との間の電圧差及び位相差に基づき演算する横流予測手段と、
前記横流予測手段による予測結果と、前記第１の交流電源系統側又は第２の交流電源系統側の負荷供給電流の検出に基づき求められた横流許容量とから、前記ハイブリッド方式による稼働系統への切り換えを手動操作で行うことを許可する手動時ハイブリッド切換許可回路と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の系統切換装置。
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