JP4379608B2 - 無停電電源システムの制御方法 - Google Patents

Description

この発明は並列運転可能な複数台の無停電電源装置（ＵＰＳ）と、前記それぞれの無停電電源装置の出力側に並列接続されるＵＰＳ給電母線と、商用電源などの外部交流電源に接続される電力系統母線と、負荷への給電をＵＰＳ給電母線または電力系統母線に切り換える切換スイッチ回路とから形成される無停電電源システムの制御方法に関する。

図５はこの種の無停電電源システムの従来例を示す回路構成であり、この図において、１０は整流回路，蓄電池，逆変換回路とこれらを制御する制御回路などからなる無停電電源装置（ＵＰＳ１）、この無停電電源装置１０の周辺回路として、無停電電源装置１０の出力電流を検出するＣＴ（変流器）１１、分流抵抗１２、補助ＣＴ１３、補助スイッチ１４を備え、また、２０は無停電電源装置１０と同じ構成の無停電電源装置（ＵＰＳ２）、この無停電電源装置２０の周辺回路として、無停電電源装置２０の出力電流を検出するＣＴ２１、分流抵抗２２、補助ＣＴ２３、補助スイッチ２４を備え、さらに、３０はＵＰＳ給電母線、３１，３２はスイッチ、４０はサイリスタスイッチ（サイリスタＳＷ）７１，７３、遮断器７２，７４などからなる切換スイッチ回路、５０は図示しない商用電源などの外部交流電源に接続される電力系統母線、６０はこの無停電電源システムの負荷である。

図５に示した無停電電源システムが通常状態のときには、前記外部交流電源の交流電圧と位相同期した定電圧の交流電圧を発生しつつ並列運転している無停電電源装置１０，２０から、それぞれの無停電電源装置１０，２０が運転状態にあるときに閉路しているスイッチ３１，３２と、ＵＰＳ給電母線３０と、サイリスタＳＷ７１，７３がオフ状態、遮断器７２が閉路状態、遮断器７４が開路状態にある切換スイッチ回路４０とを介して、負荷６０に給電している。

この通常状態のときには、補助スイッチ１４，２４もスイッチ３１，３２それぞれに連動して閉路状態にあり、このとき無停電電源装置１０では分流抵抗１２と補助ＣＴ１３とを介して得られる無停電電源装置１０の出力電流指令値（ｉｏ^*）に対応した出力電流になるように、ＣＴ１１の二次電流である検出値（ｉｏ）に基づく電流制御演算を行っている。同様に、無停電電源装置２０では分流抵抗２２と補助ＣＴ２３とを介して得られる無停電電源装置２０の出力電流指令値（ｉｏ^*）に対応した出力電流になるように、ＣＴ２１の二次電流である検出値（ｉ_O）に基づく電流制御演算を行っている。すなわち、この状態では補助スイッチ１４，２４が閉路していることにより、補助ＣＴ１３，２３それぞれの二次電流には無停電電源装置１０，２０間の横流を抑制する成分が互いに含まれており、従って、前記複数台としての２台の無停電電源装置１０と無停電電源装置２０とが並列運転しつつ、負荷６０への電流もそれぞれが分担している。
特開２００２−２７６８４号公報 （第２頁，第１図）

図５に示した従来の無停電電源システムにおいて、この無停電電源システムの動作信頼性を維持するために、無停電電源装置１０，２０などの保守点検作業を定期的に実施することが一般的に行われているが、その際には、負荷６０への給電をＵＰＳ給電母線３０から電力系統５０に切り換える操作が必要である。

この切換操作のためには、先ず、切換スイッチ回路４０におけるサイリスタＳＷ７１をオン状態にしつつ閉路状態中の遮断器７２を開路し、この遮断器７２が開路した後に、サイリスタＳＷ７３をオン状態にしつつ遮断器７４を開路から閉路状態すると共に、サイリスタＳＷ７１をオフ状態にし、遮断器７４を閉路した後に、サイリスタＳＷ７３をオフ状態にすることが行われる。

図６は上述の負荷６０への給電をＵＰＳ給電母線３０から電力系統５０に切り換えるときの動作波形図であり、この図において、ＵＰＳ給電母線３０からの電流はサイリスタＳＷ７１がオン状態からオフ状態に変化したタイミングでほぼ瞬時（具体的には、負荷６０の両端電圧の半サイクル以内）に零となると共に、電力系統母線５０からの電流に切り換わるが、このとき図示の如く、負荷６０の両端電圧には陥没が生ずる。この電圧の陥没は電力系統母線５０からの給電開始に伴って、この電力系統５０が負荷急変状態に陥ったことに起因している。

また、上述の図６の同様の電圧の陥没は、図示しないが負荷６０への給電を電力系統母線５０からＵＰＳ給電母線３０に切り換えるときにも発生し、これらの電圧陥没は、負荷６０に対して、好ましくない現象である。

この発明の目的は、負荷への給電をＵＰＳ給電母線または電力系統母線に切り換える際の電圧陥没を解消する無停電電源システムの制御方法を提供することにある。

この第１の発明は、並列運転可能な複数台の無停電電源装置（ＵＰＳ）と、前記それぞれの無停電電源装置の出力側に並列接続されるＵＰＳ給電母線と、商用電源などの外部交流電源に接続される電力系統母線と、負荷への給電をＵＰＳ給電母線または電力系統母線に切り換える切換スイッチ回路とから形成される無停電電源システムの制御方法において、
前記各無停電電源装置の出力回路にそれぞれの出力電流を検出する変流器（１１、２１）を挿入するとともに、前記切換スイッチ回路（４１）から負荷への経路に負荷電流を検出する変流器(６１)を挿入し、前記各無停電電源装置の出力回路に挿入された変流器(１１，２１)の２次出力を前記ＵＰＳ給電母線に接続するスイッチ（３１，３２）と連動して開閉される補助スイッチ（１４，２４）を介して互いに接続し、各無停電電源装置にこの互いに接続された前記各無停電電源装置の出力回路に挿入された変流器（１１，２１）の２次出力から各無停電電源装置の出力電流検出値（ｉｏ）としてそれぞれ取り込むとともに、分流抵抗を介しての各無停電電源装置の出力電流指令値（ｉｏ^*）としてそれぞれ取り込み、さらに前記切換スイッチ回路から負荷への経路に負荷電流を検出する変流器（６１）の２次出力を前記切換スイッチ回路（４１）のＵＰＳ給電母線から負荷へ給電するスイッチ（７２）が閉路されたとき閉路される補助スイッチ（６２）と各無停電電源装置を前記ＵＰＳ給電母線に接続するスイッチ（３１，３２）と連動して開閉される補助スイッチ（１５，２５）および分流抵抗（１６，２６）とを介して負荷電流指令値（ｉ_L ^*）として各無停電電源装置に取り込み、前記各無停電電源装置においてそれぞれ取り込んだ出力電流指令値（ｉｏ^*）、負荷電流指令値（ｉ_L ^*）および出力電流検出値（Ｉｏ）により電流調節演算を行うとともに、前記負荷への給電をＵＰＳ給電母線から電力系統母線に切り換えるときまたは電力系統母線からＵＰＳ給電母線へ切り換えるとき、ＵＰＳ給電母線から負荷へ給電するスイッチと電力系統母線から負荷へ給電するスイッチとを所定の期間だけ同時に閉路させることを特徴とするものである。

また第２の発明は、前記第１の発明の無停電電源システムの制御方法において、ＵＰＳ給電母線側のスイッチと電力系統母線側のスッチとが同時に閉路される期間には、ＵＰＳ給電母線からの電流が徐々に増加若しくは減少するように制御することを特徴とする。

この発明によれば、負荷への給電をＵＰＳ給電母線または電力系統母線に切り換える際に、双方の前記母線から該負荷に所定の期間並列給電できるように制御し、この期間ではＵＰＳ給電母線からの電流が滑らかに増加若しくは減少するようにすることで、前記負荷の両端電圧の陥没をほぼ解消することができる。

図１はこの発明の第１の実施の形態を示す無停電電源システムの回路構成図であり、この図において、図５に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち図１に示した無停電電源システムでは、先述の無停電電源装置１０に対して後述の機能を追加した無停電電源装置１０ａとし、同様に無停電電源装置２０も無停電電源装置２０ａとし、切換スイッチ回路４１は先述の切換スイッチ回路４０におけるサイリスタＳＷ７１が省略され、この切換スイッチ回路４１から負荷６０への経路にＣＴ６１が挿設され、このＣＴ６１の二次側には補助スイッチ６２の接点の一端が接続されている。

また、補助スイッチ６２の接点の他端には補助スイッチ１４，２４それぞれと連動する補助スイッチ１５，２５それぞれの接点の一端がそれぞれ接続され、補助スイッチ１５の接点の他端は分流抵抗１６と補助ＣＴ１７が直列接続され、補助ＣＴ１７の二次電流は負荷電流指令値（ｉ_L ^*）として無停電電源装置１０ａに入力されている。同様に、補助スイッチ２５の接点の他端は分流抵抗２６と補助ＣＴ２７が直列接続され、補助ＣＴ２７の二次電流は負荷電流指令値（ｉ_L ^*）として無停電電源装置２０ａに入力されている。

ここで、無停電電源装置１０ａと無停電電源装置２０ａとが同一仕様で製作されているときには分流抵抗１２と分流抵抗２２、補助ＣＴ１２と補助ＣＴ２２、分流抵抗１６と分流抵抗２６、補助ＣＴ１７と補助ＣＴ２７それぞれは同一仕様で製作される。

図１に示した無停電電源システムが通常状態のときには、前記外部交流電源の交流電圧と位相同期した定電圧の交流電圧を発生しつつ並列運転している無停電電源装置１０ａ，２０ａから、それぞれの無停電電源装置１０ａ，２０ａが運転状態にあるときに閉路しているスイッチ３１，３２と、ＵＰＳ給電母線３０と、遮断器７２が閉路状態、サイリスタＳＷ７３がオフ状態，遮断器７４が開路状態にある切換スイッチ回路４１とを介して、負荷６０に給電している。

この通常状態のときには、補助スイッチ１４，２４もスイッチ３１，３２それぞれに連動して閉路状態にあり、このとき無停電電源装置１０ａでは分流抵抗１２と補助ＣＴ１３とを介して得られる無停電電源装置１０ａの出力電流指令値（ｉｏ^*）に対応した出力電流になるように、ＣＴ１１の二次電流である検出値（ｉｏ）に基づく電流制御演算を行っている。同様に、無停電電源装置２０ａでは分流抵抗２２と補助ＣＴ２３とを介して得られる無停電電源装置２０ａの出力電流指令値（ｉｏ^*）に対応した出力電流になるように、ＣＴ２１の二次電流である検出値（ｉｏ）に基づく電流制御演算を行っている。従って、この状態では補助スイッチ１４，２４が閉路していることにより、補助ＣＴ１３，２３それぞれの二次電流には無停電電源装置１０ａ，２０ａ間の横流を抑制する成分が互いに含まれており、従って、前記複数台としての２台の無停電電源装置１０ａと無停電電源装置２０ａとが並列運転しつつ、負荷６０への電流もそれぞれが分担している。

図１に示した無停電電源システムにおいても、この無停電電源システムの動作信頼性を維持するために、無停電電源装置１０ａ，２０ａなどの保守点検作業を定期的に実施することが一般的に行われているが、その際には、負荷６０への給電をＵＰＳ給電母線３０から電力系統５０に切り換える操作が必要である。

この切換操作のためには、先ず、切換スイッチ回路４１におけるＵＰＳ給電母線側の遮断器７２が閉路状態中に、電力系統母線側の遮断器７４を開路から閉路状態し、その後、負荷６０の両端電圧の５〜１０サイクル程度を経過したら遮断器７２を開路することが行われる。

なお図１に示した無停電電源システムにおいて、補助スイッチ６２は負荷６０への給電がＵＰＳ給電母線３０すなわち無停電電源装置１０ａ，２０ａそれぞれから行われているときには閉路状態にあり、その後、負荷６０への給電をＵＰＳ給電母線３０から電力系統母線５０に切り換える際の動作状態として、切換スイッチ回路４１における遮断器７２が閉路状態，スイリスタＳＷ７３がオンまたは遮断器７４が閉路して、双方の前記母線から負荷６０に一時的に並列給電する状態になると、補助スイッチ６２は開路状態になる。

また、負荷６０への給電を電力系統母線５０からＵＰＳ給電母線３０に切り換える際の動作状態として、切換スイッチ回路４１における遮断器７４が閉路状態のときに、遮断器７４が閉路して、双方の前記母線から負荷６０に一時的に並列給電する状態になると、補助スイッチ６２は閉路状態になる。

図２は無停電電源装置１０ａの制御回路に追加された機能としての電流演算部８０の詳細回路構成図を示し、８１，８４，８５は加算演算器、８２は補助スイッチ、８３は一次遅れフィルタである。この補助スイッチ８２は、前記切換操作のために切換スイッチ回路４１における遮断器７２と遮断器７４の双方が閉路している期間のみ、閉路状態になる。

以下に、図１に示した無停電電源システムにおいて、図２に示した回路構成図と図３に示した波形図とを参照しつつ、負荷６０への給電をＵＰＳ給電母線３０から電力系統５０に切り換えるときの動作を説明する。

先ず、上述の通常状態のときには電流演算部８０における補助スイッチ８２は開路状態にあることから、一次遅れフィルタ８３の出力は零であり、従って、加算演算器８４の出力である分担電流指令値としては出力電流指令値（ｉｏ^*）が現れている。その結果、加算演算器８５では出力電流指令値（ｉｏ^*）と検出値（ｉｏ）との偏差演算が行われ、図示しない電流調節器では前記偏差を零にする調節演算が行われている。

次に、負荷６０への給電をＵＰＳ給電母線３０から電力系統５０に切り換える操作が行われ、切換スイッチ回路４１における遮断器７２と遮断器７４の双方が閉路している状態になると、補助スイッチ６２が閉路→開路するとともに、補助スイッチ８２が開路→閉路することにより、一次遅れフィルタ８３には出力電流指令値（ｉｏ^*）と逆極性の値が入力されるので、このフィルタの出力は前記逆極性の値でその包絡線が一次遅れ波形状に増大する。従って、前記分担電流指令値は出力電流指令値と同じ極性でその包絡線が一次遅れ波形状に減少し、やがて零となる。

図３は、このときのＵＰＳ給電母線３０および電力系統母線５０の電流それぞれが前記一次遅れ波形状に変化しつつ、負荷６０の両端電圧の５サイクル程度期間分担している状態を示し、その結果、負荷６０の両端電圧には電圧陥没が生じていない。

また、負荷６０への給電を電力系統母線５０からＵＰＳ給電母線３０に切り換える操作が行われ、切換スイッチ回路４１における遮断器７２と遮断器７４の双方が閉路している状態になると、補助スイッチ６２，８２が開路→閉路することにより、前記分担電流指令値は出力電流指令値と同じ極性でその包絡線が一次遅れ波形状に増大し、やがて、出力電流指令値（ｉｏ^*）と同じ値となる。

なお、図１に示した無停電電源システムの回路構成から明らかなように、切換スイッチ回路４１では従来の切換スイッチ回路４０に対して、サイリスタＳＷ７１が省略できるので、この無停電電源システム全体のコストダウンが計れる。

図４はこの発明の第２の実施の形態を示す無停電電源システムの回路構成図であり、この図において、図１に示した回路構成と同一機能を有するものには同一符号を付して、ここではその説明を省略する。

すなわち、図４に示した無停電電源システムが図１に示した無停電電源システムと異なる主要点は負荷が負荷６３（負荷１）と負荷６４（負荷２）の複数となり、従って、ＵＰＳ給電母線３５、スイッチ３６，３７、切換スイッチ回路４２、ＣＴ６５、補助スイッチ１８，１９，２８，２９，６６が追加設置されていることである。

ここで、無停電電源装置１０ａが運転状態にあるときに閉路しているスイッチ３６に連動してスイッチ１８，１９が動作し、同様に、無停電電源装置２０ａが運転状態にあるときに閉路しているスイッチ３７に連動してスイッチ２８，２９が動作する。

従って、負荷１または負荷２の何れかのみでもこの無停電電源システムは運転可能であり、このときの動作は上述の図１に示した無停電電源システムと同じである。

また、負荷１と負荷２とに給電しているときには、負荷６３への給電をＵＰＳ給電母線３０から電力系統５０に切り換える操作と、負荷６４への給電をＵＰＳ給電母線３５から電力系統５１に切り換える操作とを同時に行うようにすれば、この無停電電源システムでも切換操作時の負荷６３，６４それぞれの両端電圧における電圧陥没は生じない。

この発明の第１の実施の形態を示す無停電電源システムの回路構成図 図１の部分詳細回路構成図 図１の動作を説明する波形図 この発明の第２の実施の形態を示す無停電電源システムの回路構成図 従来例を示す無停電電源システムの回路構成図 図５の動作を説明する波形図

１０，１０ａ，２０，２０ａ…無停電電源装置、１１，２１…ＣＴ、１２，２２…分流抵抗、１３，２３…補助ＣＴ、１４，２４…補助スイッチ、１５，２５…補助スイッチ、１６，２６…分流抵抗、１７，２７…補助ＣＴ、１８，１９，２８，２９…補助スイッチ、３０，３５…ＵＰＳ給電母線、３１，３２，３６，３７…スイッチ、４０，４１，４２…切換スイッチ回路、５０，５１…電力系統母線、６０…負荷、６１…ＣＴ、６２…補助スイッチ、６３…負荷１、６４…負荷２、６５…ＣＴ、６６…補助スイッチ、７１，７３…サイリスタＳＷ、７２，７４…遮断器、８０…電流演算部、８１…加算演算器、８２…補助スイッチ、８３…一次遅れフィルタ、８４，８５…加算演算器。

Claims (2)

1. 並列運転可能な複数台の無停電電源装置（ＵＰＳ）と、前記それぞれの無停電電源装置の出力側に並列接続されるＵＰＳ給電母線と、商用電源などの外部交流電源に接続される電力系統母線と、ＵＰＳ給電母線から負荷へ給電するスイッチと電力系統母線から負荷へ給電するスイッチとを切り換えて負荷への給電をＵＰＳ給電母線または電力系統母線へ切り換える切換スイッチ回路とから形成される無停電電源システムの制御方法において、
   前記各無停電電源装置の出力回路にそれぞれの出力電流を検出する変流器（１１、２１）を挿入するとともに、前記切換スイッチ回路（４１）から負荷への経路に負荷電流を検出する変流器(６１)を挿入し、前記各無停電電源装置の出力回路に挿入された変流器(１１，２１)の２次出力を前記ＵＰＳ給電母線に接続するスイッチ（３１，３２）と連動して開閉される補助スイッチ（１４，２４）を介して互いに接続し、各無停電電源装置にこの互いに接続された前記各無停電電源装置の出力回路に挿入された変流器（１１，２１）の２次出力から各無停電電源装置の出力電流検出値（ｉｏ）としてそれぞれ取り込むとともに、分流抵抗を介しての各無停電電源装置の出力電流指令値（ｉｏ^*）としてそれぞれ取り込み、さらに前記切換スイッチ回路から負荷への経路に負荷電流を検出する変流器（６１）の２次出力を前記切換スイッチ回路（４１）のＵＰＳ給電母線から負荷へ給電するスイッチ（７２）が閉路されたとき閉路される補助スイッチ（６２）と各無停電電源装置を前記ＵＰＳ給電母線に接続するスイッチ（３１，３２）と連動して開閉される補助スイッチ（１５，２５）および分流抵抗（１６，２６）とを介して負荷電流指令値（ｉ_L ^*）として各無停電電源装置に取り込み、前記各無停電電源装置においてそれぞれ取り込んだ出力電流指令値（ｉｏ^*）、負荷電流指令値（ｉ_L ^*）および出力電流検出値（Ｉｏ）により電流調節演算を行うとともに、前記負荷への給電をＵＰＳ給電母線から電力系統母線に切り換えるときまたは電力系統母線からＵＰＳ給電母線へ切り換えるとき、ＵＰＳ給電母線から負荷へ給電するスイッチと電力系統母線から負荷へ給電するスイッチとを所定の期間だけ同時に閉路させることを特徴とする無停電電源システムの制御方法。
2. 請求項１に記載の無停電電源システムの制御方法において、ＵＰＳ給電母線側のスイッチと電力系統母線側のスッチとが同時に閉路される期間には、ＵＰＳ給電母線からの電流が徐々に増加若しくは減少するように制御することを特徴とする無停電電源システムの制御方法。

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