JP4297870B2

JP4297870B2 - 無停電電源システム

Info

Publication number: JP4297870B2
Application number: JP2004368747A
Authority: JP
Inventors: 友孝木村
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: JP2006180586A

Description

この発明は、商用電源が異常になっても安定した電力を負荷に継続して給電できる無停電電源システムに関するものである。

従来より、複数台の無停電電源装置を並列に接続した並列冗長運転システムはよく知られている（例えば、非特許文献１参照）。

図７は、例えば３台の無停電電源装置の並列冗長運転システムのブロック図である。図において、１〜４は商用電源、１１〜１２及び３１は無停電電源装置、２１〜２２及び４１は商用電源１〜４に異常が生じた際に負荷設備ヘエネルギーを供給する蓄電池、５１は複数の無停電電源装置に異常が生じた際に商用電源１へ切換える出力切換回路である。

１１ａ及び１１ｂはそれぞれ無停電電源装置１１を構成するコンバータ（交流を直流に変える変換器）及びインバータ（直流を交流に変える変換器）、１２ａ及び１２ｂはそれぞれ無停電電源装置１２を構成するコンバータ（交流を直流に変える変換器）及びインバータ（直流を交流に変える変換器）、３１ａ及び３１ｂはそれぞれ無停電電源装置３１を構成するコンバータ（交流を直流に変える変換器）及びインバータ（直流を交流に変える変換器）である。

５１ａは商用電源１に接続される機械式スイッチと短時間定格の半導体スイッチとを組合せたハイブリッドスイッチ、５１ｂ〜５１ｄは各無停電電源装置１１〜１２及び３１に接続される開閉器である。
松崎，「ＵＰＳの技術動向」，雑誌ＯＨＭ，オーム社，２００２年８月号，ｐ４０−４２

従来の無停電電源装置の並列冗長運転システムでは、例えば、既に設置されている無停電電源装置１１〜１２に無停電電源装置３１を増設する場合、既に設置されている無停電電源装置（例えば旧機種）と増設する無停電電源装置（例えば新機種）との間で機種が異なると、各々の主回路、主にインバータ１１ｂ、１２ｂ及び３１ｂの出力回路の構成及び制御回路の構成が異なることにより出力特性が異なり、互いに同期をとることができないため、出力切換回路５１にて並列接続ができず、出力特性を同一のものとするため、増設する無停電電源装置の機種を既に設置されている無停電電源装置の機種に合わせなければいけないという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、既に設置されている無停電電源装置と増設する無停電電源装置との間で出力特性が異なる場合であっても、互いに同期をとることができ、並列冗長運転システムを構築することができる無停電電源システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明に係る無停電電源システムは、複数の無停電電源装置の出力と商用電源とを切換える出力切換回路と増設する無停電電源装置との間に、増設する無停電電源装置の出力電圧が入力される電圧調整器を挿入し、電圧調整器は、出力切換回路の電圧を指令値として、入力された電圧の調整を行い、出力切換回路の電圧に一致する電圧を出力することにより、増設する無停電電源装置と既に設置している無停電電源装置との間で出力特性が異なる場合であっても並列冗長システムを構築することができることを特徴とする。

この発明によれば、既に設置されている無停電電源装置（例えば旧機種）と増設する無停電電源装置（例えば新機種）との間で機種の違いにより出力特性が異なる場合でも並列冗長運転システムを構築することが可能となり、旧機種の生産終了後に旧機種の並列冗長システムのシステム増設を行ないたい場合に、増設する機種として新機種を適用することが可能となり、また、既設の並列冗長システムの更新時にスペースが限られていてシステムを一括更新できない場合、例えば、旧機種を１台ずつ更新しなければいけないような場合にも有用である。

この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明に係る無停電電源システムの実施の形態１を示すブロック図である。図１において、符号１〜４、１１、１１ａ、１１ｂ、１２、１２ａ、１２ｂ、２１〜２２、３１、３１ａ、３１ｂ、４１、５１及び５１ａ〜５１ｄは上記図７のものと同一である。６１は無停電電源装置３１と出力切換回路５１にある開閉器５１ｄとの間に挿入された電圧調整器、６２は出力切換回路５１の電圧を検出する電圧検出回路である。

次に図１の動作について説明する。電圧調整器６１は、電圧検出回路６２にて検出された電圧を指令値として、無停電電源装置３１の出力電圧を出力切換回路５１の電圧、ひいては、無停電電源装置１１〜１２の出力電圧に一致させ、無停電電源装置１１〜１２及び３１の出力電圧を同期させる。

以上のように、出力切換回路の電圧を指令値として、増設する無停電電源装置の出力電圧を出力切換回路の電圧、ひいては既に設置されている無停電電源装置の出力電圧に一致させる電圧調整器を、増設する無停電電源装置とその無停電電源装置を接続する開閉器との間に挿入することにより、既に設置されている無停電電源装置と増設する無停電電源装置との間で機種の違いにより出力特性が異なる場合であっても、互いに同期をとることができ、並列冗長運転システムを構築することができる。

（実施の形態２）
次にこの発明に係る無停電電源システムの実施の形態２について説明する。

上記実施の形態１では、既に設置されている無停電電源装置と増設する無停電電源装置との問で互いに同期をとる手段について、出力切換回路の電圧を指令値として、増設する無停電電源装置の出力電圧を出力切換回路の電圧、ひいては既に設置されている無停電電源装置の出力電圧に一致させる電圧調整器を、増設する無停電電源装置とその無停電電源装置を接続する開閉器との間に挿人する場合について述べたが、この実施の形態２においては、例えば図２のように、電圧検出回路７１にて検出された無停電電源装置３１の出力電圧と、電圧検出回路７２にて検出された出力切換回路５１の電圧とを電圧比較器７３にて比較し、各々の電圧が一致した場合に無停電電源装置３１と開閉器５１ｄとの間に挿入された開閉器７４をＯＮにするように構成する。

このように構成した場合でも、同様の効果が得られる。更に、図２に示す実施の形態２は、上記実施の形態１に比べて、無停電電源システム全体の設置面積を縮小できる効果がある。

（実施の形態３）
次にこの発明に係る無停電電源システムの実施の形態３について説明する。

上記実施の形態１ないし２では、既に設置されている無停電電源装置と増設する無停電電源装置との間で互いに同期をとる手段について、増設する無停電電源装置とその無停電電源装置を接続する開閉器との間に、増設する無停電電源装置の出力電圧を既に設置されている無停電電源装置の出力電圧に強制的に一致させる回路を設ける場合について述べたが、この実施の形態３においては、例えば図３のように、無停電電源装置３１の内部に、電圧検出回路８１にて検出された出力切換回路５１の電圧を指令値とし無停電電源装置３１のインバータ３１ｂの出力電圧を制御する電圧制御器８２を設ける。

このように構成した場合でも、同様の効果が得られる。更に、図３に示す実施の形態は、上記実施の形態１ないし２に比べて、無停電電源システム全体の設置面積を縮小できる効果がある。

（実施の形態４）
次にこの発明に係る無停電電源システムの実施の形態４について説明する。

上記実施の形態１ないし３では、既に設置されている無停電電源装置と増設する無停電電源装置との間で互いに同期をとる手段について述べたが、無停電電源装置を構成するインバータの出力電圧制御方法として、一般的に、インバータを構成する半導体スイッチング素子のスイッチングの基準となる搬送波のパルス幅をインバータの出力波形の基本波成分に相当する信号波により変調するパルス幅変調制御が用いられており、パルス幅変調制御により図４に示すような高調波が発生し、その高調波は変調率ａ（インバータ出力電圧とインバータ入力電圧の比率）により大きく異なる。そのため、既に設置されている無停電電源装置と増設する無停電電源装置との間で機種の違いにより変調率が異なると、双方の出力電圧の高調波成分が異なることにより、既に設置されている無停電電源装置と増設する無停電電源装置との間で互いに同期がとれていても、各無停電電源装置間に横流が発生し、無停電電源装置に悪影響を及ぼすことが起こりうる。

そこで、この実施の形態４では、例えば図５に示すように、上記実施の形態２における電圧比較器７３の指令に基づいて開閉操作する開閉器７４と開閉器５１ｄとの間に、横流抑制器７５を設け、各無停電電源装置の出力電圧の高調波成分が異なることにより発生する横流を抑制するようにしたものである。

図５では、電圧比較器７３の指令に基づいて開閉操作する開閉器７４と開閉器５１ｄとの間に横流抑制器７５を設けたが、無停電電源装置３１と電圧比較器７３の指令に基づいて開閉操作する開閉器７４との間に横流抑制器７５を設けても、同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、上記実施の形態１において、電圧検出装置６２にて検出された出力切換回路５１の電圧を指令値として動作する電圧調整器６１と開閉器５１ｄとの間に、あるいは、無停電電源装置３１と電圧検出装置６２にて検出された出力切換回路５１の電圧を指令値として動作する電圧調整器６１との間に横流抑制器を設けても同様の効果が得られることは言うまでもない。更に、上記実施の形態３において、無停電電源装置３１と開閉器５１ｄの間に横流抑制器を設けても同様の効果が得られることは言うまでもない。

（実施の形態５）
次にこの発明に係る無停電電源システムの実施の形態５について説明する。

上記実施の形態４では、各無停電電源装置の出力電圧の高調波成分が異なることにより発生する横流を抑制する手段として、無停電電源装置の外部に横流抑制器を挿入する場合について述べたが、図６のように、実施の形態３の無停電電源装置３１内部のインバータ３１ｂの出力回路部に横流抑制器８３を挿入しても同様の効果が得られる。また、実施の形態１ないし２において、無停電電源装置３１内部のインバータ３１ｂの出力回路部に横流抑制器８３を挿入しても同様の効果が得られることは言うまでもない。

この発明の実施の形態１を示すブロック図。この発明の実施の形態２を示すブロック図。この発明の実施の形態３を示すブロック図。パルス幅変調制御されるインバータの出力電圧に含有される高調波振幅を示す図。この発明の実施の形態４を示すブロック図。この発明の実施の形態５を示すブロック図。従来の無停電電源システムを示すブロック図。

符号の説明

１〜４…商用電源
１１〜１２、３１…無停電電源装置（ＵＰＳ）
１１ａ、１２ａ、３１ａ…コンバータ（交流を直流に変える変換器）
１１ｂ、１２ｂ、３１ｂ…インバータ（直流を交流に変える変換器）
２１〜２２、４１…蓄電池
５１…出力切換回路
５１ａ…ハイブリッドスイッチ
５１ｂ〜５１ｄ…開閉器
６１…電圧調整器
６２、７１、７２、８１…電圧検出回路
７３…電圧比較器
７４…電圧比較器７１の指令で動作する開閉器
７５、８３…横流抑制器
８２…電圧制御器

Claims

複数の無停電電源装置の出力と商用電源とを切換える出力切換回路と増設する無停電電源装置との間に、増設する無停電電源装置の出力電圧が入力される電圧調整器を挿入し、前記電圧調整器は、前記出力切換回路の電圧を指令値として、入力された電圧の調整を行い、前記出力切換回路の電圧に一致する電圧を出力することにより、増設する無停電電源装置と既に設置している無停電電源装置との間で出力特性が異なる場合であっても並列冗長システムを構築することができることを特徴とする無停電電源システム。