JP4052269B2 - 無停電電源装置の切り換え方法 - Google Patents

Description

この発明は、複数の無停電電源装置を並列運転する場合に、電力変換装置の交流出力と直送給電回路の交流出力とを切り換える無停電電源装置の切り換え方法に関する。

交流電力を直流電力に変換するコンバータと，この直流電力を所望の電圧と周波数の交流電力に変換するインバータと，これら両変換器の直流側同士を結合している直流中間回路に接続したバッテリーとで電力変換装置を構成する。この電力変換装置が出力する交流電力と、別途の電源に接続している直送給電回路が出力する交流電力のいずれか一方を選択する切り換え装置を備えるならば、電力変換装置と直送給電回路のいずれかが故障しても、他方が負荷へ交流電力の供給を継続することができる。ここで電力変換装置が出力する交流電力と、直送給電回路が出力する交流電力とが、常に同期状態を維持するように運転をさせておき、例えばサイリスタなどで構成する交流スイッチを使用することで、両者を無瞬断で切り換えるならば、極めて短時間の停電でも回避したい負荷（例えばコンピュータ）にも対応することができる。

そこでこれら電力変換装置と，直送給電回路と，無瞬断切り換え装置と，で無停電電源装置を構成するのであるが、更に複数の無停電電源装置のそれぞれを、別個の保守スイッチを介して母線に接続し、これら各無停電電源装置を並列運転する提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。この提案によれば、一部の無停電電源装置が保守・点検，あるいは故障などで停止することがあっても、残余の無停電電源装置で負荷への給電を継続することができるから、電力供給の信頼性を向上できる効果が得られる。
また、複数の無停電電源装置を母線に接続する構成において、特定の無停電電源装置の電力変換装置が交流電力を給電中に、他の無停電電源装置がその直送給電回路から交流電力を給電すると、電力変換装置と直送給電回路との並列運転となるが、これは制御回路が複雑化することになるので好ましくない。そこで、いずれかの電力変換装置が交流電力を母線に供給しているときは、他の無停電電源装置の直送給電回路が母線に接続されることがないように、無瞬断切り換え装置の動作をロックする提案もなされている（例えば、特許文献２参照。）。

よって、別個の保守スイッチを介して母線に複数の無停電電源装置を接続する構成では、以下の３つの条件を守って運転することが望ましい。
(a) 母線へ交流電力を供給中の電力変換装置があるときは、運転中の他の電力変換装置に故障が発生すれば、この故障電力変換装置に属する無瞬断切り換え装置は、その直送給電回路への切り換え動作をロックする。従って、故障電力変換装置は直送給電回路へ切り換えられることなくそのまま停止となる。
(b) 母線へ交流電力を供給している電力変換装置が過電流になった場合は、各電力変換装置の無瞬断切り換え装置が動作することにより、各直送給電回路が交流電力を供給する。直送給電回路が交流電力供給中にこの過電流状態が解消されれば、再び各電力変換装置から交流電力を供給するように切り換えがなされる。

(c) 保守スイッチをオフにすれば、この保守スイッチに属する電力変換装置と直送給電回路と無瞬断切り換え装置の動作チェックや保守・点検は自由に行える。
特開２０００−２０１４４０号公報 特開２００２−１０５２７号公報

図３は３組の無停電電源装置が並列運転できる場合を示した一般的な主回路接続図であって、１号，２号，３号無停電電源装置１，２，３は、それぞれが１号，２号，３号保守スイッチ１３，２３，３３を介して母線４に接続されている。母線４には負荷スイッチ５を介して負荷６を接続している。各無停電電源装置１，２，３は、それぞれがコンバータとインバータとバッテリーとでなる１号，２号，３号電力変換装置１０，２０，３０と、１号，２号，３号直送給電回路１１，２１，３１と、この直送給電回路の交流出力と電力変換装置の交流出力とを無瞬断で切り換える１号，２号，３号無瞬断切り換え装置１２，２２，３２を備えている。
この図３に図示の回路が、以下の状態で運転中であるとする。すなわち１号無停電電源装置１は、その電力変換装置１０が１号無瞬断切り換え装置１２と１号保守スイッチ１３を介して母線４に接続され、負荷６へ交流電力を供給中である。２号無停電電源装置２は待機状態であって、その電力変換装置２０は直送給電回路２１と同期して運転中であるが、無瞬断切り換え装置２２はオフであって、母線４には接続されていない。なお、このとき２号保守スイッチ２３はオンである。３号無停電電源装置３は、３号保守スイッチ３３をオフにして保守・点検中である。

図４は図３に図示の従来例回路で１号電力変換装置が給電中に、２号電力変換装置が故障した場合の動作を示したフローチャートである。
図４の従来例フローチャートにおいて、１号電力変換装置１０が負荷６へ交流電力を供給中（処理４０）に過電流が発生（判断５１）すると、各直送給電回路１１，２１，３１へ切り換える指令（処理４１，４２，４３）が発令され、１号機はその直送給電回路１１への切り換え（処理４４）がなされる。しかし２号無停電電源装置２はその保守スイッチ２３が閉（判断５２）であっても、前述したように電力変換装置と直送給電回路とが並列運転になるのを回避するために、２号無瞬断切り換え装置２２はその動作がロック（判断５２）されているから、２号直送給電回路２１への切り換えはできない。一方、３号無停電電源装置３はその保守スイッチ３３が開であるから、３号直送給電回路３１への切り換えはできない。ところで直送給電回路の容量は、これに対応する電力変換装置の容量と同じにするのが一般的であるから、負荷６の電力増大状態が継続しているならば、１号直送給電回路１１も過電流になってしまう。２号直送給電回路２１は健全であるから、これを１号直送給電回路１１に並列接続すれば過電流状態を解消することができるが、前述したように２号無瞬断切り換え装置２２はその切り換え動作がロックされている。すなわち運転中の直送給電回路が過電流になった場合に、健全な直送給電回路が存在するにもかかわらず、この健全直送給電回路を並列に接続することができないから、過電流が継続するとシステム全体が停止してしまう大事故を生じる不都合がある。

そこでこの発明の目的は、過電流のために電力変換装置から直送給電回路へ給電を切り換わった後も過電流状態が継続する場合は、他の健全な直送給電回路を並列に接続できるようにすることにある。

前記の目的を達成するために、この発明の無停電電源装置の切り換え方法は、
別個の保守用開閉器を介して母線に接続されている複数の無停電電源装置があって、前記母線へ交流電力を供給中の電力変換装置がある場合に、他の電力変換装置が故障したときは、当該故障電力変換装置に属する前記保守用開閉器を開路して除外すると共に、この故障電力変換装置に対応している故障側直送給電回路への切り換え動作をロックするのであるが、ここで交流電力供給中の電力変換装置に過電流が生じた場合は、前記故障側直送給電回路を含むすべての直送給電回路への切り換えを行う。

または、別個の保守用開閉器を介して母線に接続されている複数の無停電電源装置があって、前記母線へ交流電力を供給中の電力変換装置がある場合に、他の電力変換装置が故障したときは、当該故障電力変換装置を除外すると共に、この故障電力変換装置に対応している故障側直送給電回路への切り換え動作をロックするのであるが、ここで交流電力供給中の電力変換装置に過電流が生じた場合は、前記故障側直送給電回路を含むすべての直送給電回路への切り換えを行うが、この過電流状態が解消されて前記母線への交流電力の供給を正常な各電力変換装置へ戻す際に、前記故障側直送給電回路は除外する時に、この故障電力変換装置を含む無停電電源装置を、これに属する前記保守用開閉器のオフにより切り離す。

電力変換装置と直送給電回路と無瞬断切り換え装置でなる無停電電源装置の複数組を母線に接続している回路構成では、従来は、故障した電力変換装置に属する無瞬断切り換え装置は直送給電回路への切り換え動作をロックするようにしている。それ故、過電流のために運転中の電力変換装置を直送給電回路へ切り換えても、この過電流が依然として継続するならば、他の直送給電回路を並列に接続する必要があるが、前述の故障側直送給電回路は健全であるにもかかわらず切り換えがロックされるため並列接続ができず、従って過電流を解消できない不具合があった。これに対して本発明では、この故障側直送給電回路を運転中の直送給電回路と並列に運転できるように切り換え動作を行うので、過電流を解消することができて、装置全体が停止する恐れを回避できるから、電力供給の信頼性を向上できる効果が得られる。

複数の無停電電源装置を並列運転する際に、各無停電電源装置を構成する電力変換装置と直送給電回路とが並列運転するのを避けるために、故障した電力変換装置に属する直送給電回路は健全であっても、故障した電力変換装置から直送給電回路への切り換えができないように、無瞬断切り換え装置の動作をロックしてしまう。それ故、直送給電回路で電力供給中の無停電電源装置が過電流になって、他の直送給電回路を追加したい場合でも、前記故障側直送給電回路は健全であるにもかかわらず並列運転に入ることができないから、装置全体が過電流で停止してしまう恐れがある。本発明はこのような場合に、健全な故障側直送給電回路を他の直送給電回路と並列運転できるようにすることで電力供給量を増加させる。

図１は本発明の第１実施例の動作を表したフローチャートであるが、これは図４で既述の従来例フローチャートに判断５４，５５，５６を追加した構成である。１号無停電電源装置１は１号電力変換装置１０が交流電力を出力中であり、２号無停電電源装置２の２号電力変換装置２０は故障のため、２号無瞬断切り換え装置２２の動作がロックされた状態にあり、３号無停電電源装置は３号保守スイッチ３３をオフにして保守・点検中であるのは、従来例の場合と同じである。
ここで１号電力変換装置１０が過電流（判断５１）になれば、１号直送給電回路１１への切り換え（処理４１，４４）がなされるが、２号直送給電回路２１は切り換え指令が発令（処理４２）されたときに、２号保守スイッチ２３が閉（判断５２）であっても、２号無瞬断切り換え装置２２の動作がロック（判断５３）されている場合は、２号電力変換装置２０の故障によるロックであること（判断５４）と、他号機（ここでは１号機）の過電流が原因の切り換え指令であること（判断５５）から、２号無瞬断切り換え装置２２の切り換え動作のロックは解除（判断５６）される。その結果２号直送給電回路２１への切り換え（処理４５）がなされて、１号直送給電回路１１と２号直送給電回路２１は並列運転（処理４８）となり、過電流状態になる恐れを回避することができる。

図２は本発明の第２実施例の動作を表したフローチャートであって、図１で既述の第１実施例フローチャートに判断６１と処理６２，６３を付加した構成である。すなわち、直送給電回路の並列運転（図１に記載の処理４８）中に過電流状態をチェックし、１号電力変換装置１０で賄えるまで電流が減少（判断６１）すれば、２号直送給電回路２１を切り離し（処理６２）、次いで１号直送給電回路１１を１号電力変換装置１０へ切り換え（処理６３）することで、再び元の状態へ戻る。

本発明の第１実施例の動作を表したフローチャート 本発明の第２実施例の動作を表したフローチャート ３組の無停電電源装置が並列運転できる場合をを示した一般的な主回路接続図 図３に図示の従来例回路で１号電力変換装置が給電中に、２号電力変換装置が故障した場合の動作を示したフローチャート

符号の説明

１，２，３ １号，２号，３号無停電電源装置
４ 母線
５ 負荷スイッチ
６ 負荷
１０，２０，３０ １号，２号，３号電力変換装置
１１，２１，３１ １号，２号，３号直送給電回路
１２，２２，３２ １号，２号，３号無瞬断切り換え装置
１３，２３，３３ １号，２号，３号保守スイッチ
４０〜４８ 処理
５１〜５６ 判断
６１ 判断
６２，６３ 処理

Claims (2)

1. 電力変換装置と，直送給電回路と，これらが出力する交流電力を相互に無瞬断で切り換える装置と，を備えている無停電電源装置の複数組が、それぞれに別個の保守用開閉器を介して母線に接続され、１台以上の電力変換装置が前記母線へ交流電力を供給中に、
   運転中の電力変換装置のいずれかが故障したときに、当該故障電力変換装置に属する前記保守用開閉器を開路して除外する段階と、
   該故障電力変換装置からこれに対応した故障側直送給電回路への切り換え動作をロックする段階と、
   この状態で給電中の電力変換装置に過電流が発生すれば、各無停電電源装置は前記故障側直送給電回路を含むすべての直送給電回路への切り換えを行う段階と、
   でなることを特徴とする無停電電源装置の切り換え方法。
2. 電力変換装置と，直送給電回路と，これらが出力する交流電力を相互に無瞬断で切り換える装置と，を備えている無停電電源装置の複数組が、それぞれに別個の保守用開閉器を介して母線に接続され、１台以上の電力変換装置が前記母線へ交流電力を供給中に、
   運転中の電力変換装置のいずれかが故障したときに、当該故障電力変換装置に属する前記保守用開閉器を開路して除外する段階と、
   該故障電力変換装置からこれに対応した故障側直送給電回路への切り換え動作をロックする段階と、
   この状態で給電中の電力変換装置に過電流が発生すれば、各無停電電源装置は前記故障側直送給電回路を含むすべての直送給電回路への切り換えを行う段階と、
   直送給電回路で給電中に前記過電流状態が解消となり、前記各直送給電回路を正常な各電力変換装置へ切り換える際に、前記故障側直送給電回路に属する前記保守用開閉器を開路して除外する段階と、
   でなることを特徴とする無停電電源装置の切り換え方法。

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