JP5324151B2

JP5324151B2 - 無停電電源システム

Info

Publication number: JP5324151B2
Application number: JP2008195822A
Authority: JP
Inventors: 康司小笠原
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: JP2010035364A

Description

この発明は、無停電電源システムに係り、特に２系統切換スイッチを持つ分岐盤を有する無停電電源システムに関する。

通常の無停電電源システムの負荷は、瞬時的な停電も許容されない例えばコンピュータ等である場合が多い。ここで無停電電源システムとは、少なくとも１台の無停電電源装置を有するシステムであり、負荷の運転に際し、無停電電源装置が故障したとき、あるいは無停電電源装置の保守を行なう必要があるとき、無停電電源装置と商用電源の系統切換、或いは無停電電源装置間の系統切換を無瞬断で行なうことが必要となる。

上記の系統切換を行なうとき、異なる系統を接続することになるため、系統切換点での２系統間の電圧、あるいは位相が一致しないことによってお互いに横流が発生する。この横流が大きい場合には系統切換スイッチが故障する、あるいは無停電装置が過電流故障となって停止してしまう恐れがあった。

このような横流を抑制する対策として、系統切換を行なう２台の無停電電源装置の出力電圧と周波数をバイパス電源に一致させる制御を行なうと同時に、系統切換を行なう無停電電源装置の出力に直列リアクトルを挿入して横流を抑制する提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。
特開２００７−２１５３４４号公報（第４−６ページ、図１）

上記特許文献１で示された手法は、系統切換を行なう出力分岐盤が無停電電源装置の近傍に配置されている場合には有効であるが、系統切換を無停電電源装置から離れた遠方の分岐盤で行なう場合には、無停電電源装置と分岐盤間の配線長により分岐盤内の２系統入力間に配線ケーブルに起因した電圧差が発生してしまい、系統切換時に２系統間に大きな横流電流が流れる恐れがある。

この発明は上記のような課題を解決するために為されたものであり、系統切換を行う系統間に電圧差があっても、安全に系統切換を行うことが可能とな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、本発明の無停電電源システムは、少なくとも１台の無停電電源装置を有する１組の単位無停電電源システムと、少なくとも一方の電源系統が前記単位無停電電源システムの出力である２つの電源系統を切換えて負荷に給電する系統切換手段を備えた分岐盤とを備えた無停電電源システムにおいて、前記系統切換手段は、前記各々の電源系統と共通の出力端との間に設けられた２台の機械式スイッチと、この２台の機械式スイッチの各々に直列に接続された電流調整手段を有し、前記２つの電源系統を無瞬断で切換えるとき、お互いの電源系統間に流れる横流が所定値以内となるように前記電流調整手段を制御して切換えるようにすると共に、前記電流調整手段には可変インピーダンス素子を用いたことを特徴としている。

本発明によれば、系統切換を行う系統間に電圧差があっても、安全に系統切換を行うことが可能となる無停電電源システムを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下、本発明の実施例１に係る無停電電源システムを図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係る無停電電源システムのシステム構成図である。

図１において無停電電源装置１１、１２及び１３は１組の単位無停電電源システムを構成している。単位無停電電源システムとは、例えば定常時には無停電電源装置１１、１２及び１３の３台を並列冗長運転させるような無停電電源システムを言う。無停電電源装置１１、１２及び１３の各々の出力は出力盤２１、２２に給電され、出力盤２１、２２の出力は無停電電源装置の出力を系統分岐する出力分岐盤３１、３２に夫々供給されている。そして出力分岐盤３１、３２の出力は配線ケーブルを介して分岐盤４１、４２に分岐して供給されている。

分岐盤４１、４２内には系統切換スイッチ５１、５２が夫々設けられている。この系統切換スイッチ５１、５２には出力分岐盤３１の出力系統と出力分岐盤３２の出力系統が供給されている。そしてこれらの出力系統のうち何れかを選択して出力し負荷に給電する構成となっている。系統切換スイッチ５１の内部構成を示す回路構成図を図２に示す。尚、系統切換スイッチ５２の内部構成は基本的に系統切換スイッチ５１と同一であるのでその説明を省略する。

図２において、出力分岐盤３１の出力系統は、電流調整器５１ａ内の可変インピーダンス素子５１ｃ、及び機械式スイッチ５１ｇの直列回路を介して負荷に出力される。また、出力分岐盤３３の出力系統は、電流調整器５１ｂ内の可変インピーダンス素子５１ｄ、及び機械式スイッチ５１ｈを介して負荷に出力される。機械式スイッチ５１ｇ、５１ｈは通常はどちらか一方が選択されて投入されている。

可変インピーダンス素子５１ｃ、５１ｄは電流調整器５１ａ、５１ｂ内に設けられた制御部５１ｅ、５１ｆによって夫々制御され、そのインピーダンスを変更することが可能となっている。この可変インピーダンス素子５１ｃ、５１ｄは、例えば電力用トランジスタをアクティブ領域で使用することなどによって実現可能である。制御部５１ｅ、５１ｆには、出力分岐盤３１の出力系統の電流を検出する電流検出器５１ｉ及び出力分岐盤３２の出力系統の電流を検出する電流検出器５１ｊからの両者の電流検出信号が与えられる。また、制御部５１ｅ、５１ｆには必要に応じて、出力分岐盤３１の出力系統の電圧を検出する電圧検出器５１ｋ及び出力分岐盤３２の出力系統の電圧を検出する電圧検出器５１ｌの電圧検出信号が与えられる。図２においては制御部５１ｅには電圧検出器５１ｋからの電圧検出信号が、制御部５１ｆには電圧検出器５１ｌからの電圧検出信号が与えられる構成となっているが、電流検出信号と同様に両者の電圧検出信号を両方の制御部に与える構成としても良い。また、制御部５１ｅ、５１ｆには必要に応じて出力の負荷電流を検出する電流検出器５１ｍの電流検出信号が与えられる。上記電圧検出信号によって例えば２つの電源系統の電圧差を求めることが可能となり、また可変インピーダンス素子のインピーダンス値を求めることが可能となる。また、負荷電流の検出によって電流検出の信頼性を向上させることができる。

次に図１の動作について説明する。今、無停電電源装置１１、１２及び１３が出力盤２１、２２で並列運転を行い一括電源とした後、出力分岐盤３１、３２によって幹線分岐を行い、分岐盤４１、４２に給電している状態を考える。このとき分岐盤４１、４２の系統切換スイッチ５１、５２はこれらの２つの電源系統入力の何れか一方（例えば、出力分岐盤３１側の機械式スイッチ５１ｇ、５２ｇ）のみが投入され、各フィーダに電源が給電されている。

上記状態において、分岐盤４１の給電系統を出力分岐盤３１側から出力分岐盤３２側に給電切換えを行うことを考える。

まず、機械式スイッチ５１ｈを投入して、上記の２つの電源系統を並列運転する。このとき、可変インピーダンス５１ｃのインピーダンスは所定の固定値とし、可変インピーダンス５１ｄが最大値となるようにしておけば、出力分岐盤３１側から流れる電流すなわち電流検出器５１ｉの検出電流は出力分岐盤３２側から流れる電流すなわち電流検出器５１ｌの検出電流より大きくなる。

次に、可変インピーダンス５１ｄのインピーダンスを低下する方向に調整する。そうすると上記の２つの電源系統から供給される電流がバランスする方向となり、横流が許容値以下となったとき機械式スイッチ５１ｇを開放する。

以上のように可変インピーダンス５１ｄを適切な値に制御して上記２つの電源系統の切換えを行うようにすれば、過大な横流が流れることを抑制しつつ無瞬断の系統切換を行なうことが可能となる。尚、可変インピーダンス５１ｄを最小値にしても横流が許容値以下とならないときには、可変インピーダンス５１ｃを増大させるようにすれば良い。

尚、以上の説明においては、上記２つの電源系統は単位無停電電源システム内の無停電電源装置が並列運転された場合の異なる出力分岐盤の出力であるとしたが、一方が単位無停電電源システム内の予備の無停電電源装置の出力であっても良く、また一方が商用電源系統であっても良い。更に、２組目の単位無停電電源システムの出力系統と切換える構成としても良いことは明らかである。

図３は本発明の実施例２に係る無停電電源システムに用いられる系統切換スイッチの回路構成図である。

この実施例２の各部について、図２の本発明の実施例１に係る無停電電源システムに用いられる系統切換スイッチの回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、系統切換スイッチ５１Ａ、５１ｂ内に可変インピーダンス素子５１ｃと並列に短絡用スイッチ５１ｎを、可変インピーダンス素子５１ｄと並列に短絡用スイッチ５１ｏを夫々設けた点である。

この短絡スイッチ５１ｎ、５１ｏを通常運転時には投入しておけば、インピーダンス素子５１ｃ、５１ｄの通常時の通電損失を実質的にゼロにすることが可能となる。そして２つの電源系統の給電切換を行う場合には、機械式スイッチ５１ｇまたは５１ｈを投入する前に短絡スイッチ５１ｎ、５１ｏを開放し、実施例１で述べた方法に従って横流を抑制しながら電源系統の給電切換を行い、これが完了したとき再び短絡スイッチ５１ｎ、５１ｏを投入すれば良い。

図４は本発明の実施例３に係る無停電電源システムに用いられる系統切換スイッチの回路構成図である。

この実施例３の各部について、図２の本発明の実施例１に係る無停電電源システムに用いられる系統切換スイッチの回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、２台の機械式スイッチ５１ｇ、５１ｈに代えて１台の双投式機械式スイッチ５１ｐを用いる構成とした点である。

この実施例のように１台の双投式機械式スイッチを用いる系統切換スイッチ５１Ｂが、２台の機械式スイッチを用いる実施例１の系統切換スイッチ５１と同一の機能を有することは明らかである。

図５は本発明の実施例５に係る無停電電源システムに用いられる電流調整器の回路構成図である。

この実施例４の電流調整器５１ｑにおいては、実施例１の可変インピーダンス素子５１ｃ、５１ｄに代えて半導体スイッチング素子５１ｒを用いる構成としている。

半導体スイッチング素子５１ｒがサイリスタ系の素子であれば、制御部５１ｓはサイリスタ素子の位相制御によって半導体スイッチング素子５１ｒの通電電流を制御する。また、半導体スイッチング素子５１ｒが自己消弧型素子の場合は、制御部５１ｓは例えばＰＷＭ制御を行って半導体スイッチング素子５１ｒの通電電流を制御すれば良い。

尚、この実施例５は既に説明した実施例２または実施例３と組み合わせて用いることができることは明らかである。

図６は本発明の実施例５に係る無停電電源システムに用いられる電流調整器の回路構成図である。

この実施例５の電流調整器５１ｔにおいては、実施例１の可変インピーダンス素子５１ｃ、５１ｄに代えて直列インバータ５１ｕを用いる構成としている。

直列インバータ５１ｕは３相の出力が各相ごとに分離されたインバータであり、その出力が給電系統と同期するように制御部５１ｙが制御している。尚ここで直列インバータとは系統に直列に挿入するインバータという意味である。図６において直列インバータ５１ｕの直流給電部の図示を省略しているが、給電系統から変圧器、コンバータを組み合わせて給電しても良い。このように電流調整器として給電系統と同期した電圧を発生する直列インバータを用いれば、制御の感度が向上する。

尚、この実施例５も既に説明した実施例２または実施例３と組み合わせて用いることができることは明らかである。

図７は本発明の実施例６に係る無停電電源システムに用いられる系統切換スイッチの回路構成図である。

この実施例６の各部について、図２の本発明の実施例１に係る無停電電源システムに用いられる系統切換スイッチの回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、系統切換スイッチ５１Ｃにおいて電流調整器５１ａに代えて実施例５で説明した直列インバータ５１ｕを使用した電流調整器５１ｔを使用した、また、電流調整器５１ｂを省略した点である。

実施例１の場合と同様に電流調整器５１ｔの制御部５１ｖには、出力分岐盤３１の出力系統の電流を検出する電流検出器５１ｉ及び出力分岐盤３２の出力系統の電流を検出する電流検出器５１ｊからの電流検出信号が与えられる。また、必要に応じて出力分岐盤３１の出力系統の電圧を検出する電圧検出器５１ｋ及び出力分岐盤３２の出力系統の電圧を検出する電圧検出器５１ｌの電圧検出信号、更に出力の負荷電流を検出する電流検出器５１ｍの電流検出信号が与えられる。

実施例１で説明したのと同一の前提条件において分岐盤４１の給電系統を出力分岐盤３１側から出力分岐盤３２側に給電切換えを行うことを考える。

まず、機械式スイッチ５１ｈを投入するために、直列インバータ５１ｕの出力電圧を電圧検出器５１ｌの検出電圧及び位相に合わせておく。そして機械式スイッチ５１ｈを投入し、電流検出器５１ｉの検出電流及び電流検出器５１ｊの検出電流に応じて直列インバータ５１ｕの出力電圧を調整する。横流が許容値以下となったとき機械式スイッチ５１ｇを開放する。

また、切り戻す場合には、直列インバータ５１ｕの出力電圧を電圧検出器５１ｌの検出電圧及び位相に合わせておく。そして機械式スイッチ５１ｇを投入し、電流検出器５１ｉの検出電流及び電流検出器５１ｊの検出電流に応じて直列インバータ５１ｕの出力電圧を調整する。横流が許容値以下となったとき機械式スイッチ５１ｈを開放する。

以上のように直列インバータ５１ｕの出力電圧を適切な値に制御して上記２つの電源系統の切換えを行うようにすれば、過大な横流が流れることを抑制しつつ無瞬断の系統切換を行なうことが可能となる。このように２つの電源系統のうち何れか１つに電流調整器を設けて横流抑制系統切換を可能とするのは、直列インバータ５１ｕが定格電圧に対し、昇圧側及び降圧側の電圧を発生することが可能であるからである。

尚、この実施例６は既に説明した実施例２または実施例３と組み合わせて用いることができることは明らかである。

本発明の実施例１に係る無停電電源システムのシステム構成図。本発明の実施例１に係る無停電電源システムに用いられる系統切換スイッチの回路構成図。本発明の実施例２に係る無停電電源システムに用いられる系統切換スイッチの回路構成図。本発明の実施例３に係る無停電電源システムに用いられる系統切換スイッチの回路構成図。本発明の実施例４に係る無停電電源システムに用いられる電流調整器の回路構成図。本発明の実施例５に係る無停電電源システムに用いられる電流調整器の回路構成図。本発明の実施例６に係る無停電電源システムに用いられる系統切換スイッチの回路構成図。

符号の説明

１１、１２、１３無停電電源装置
２１、２２出力盤
３１、３２出力分岐盤
４１、４２分岐盤
５１、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５２系統切換スイッチ
５１ａ、５１ｂ、５１ｑ、５１ｔ電流調整器
５１ｃ、５１ｄ可変インピーダンス素子
５１ｅ、５１ｆ、５１ｓ、５１ｖ制御部
５１ｇ、５１ｈ、５２ｇ機械式スイッチ
５１ｉ、５１ｊ、５１ｍ電流検出器
５１ｋ、５１ｌ電圧検出器
５１ｎ短絡スイッチ
５１ｐ双投式機械スイッチ
５１ｒ半導体スイッチング素子
５１ｕ直列インバータ

Claims

少なくとも１台の無停電電源装置を有する１組の単位無停電電源システムと、
少なくとも一方の電源系統が前記単位無停電電源システムの出力である２つの電源系統を切換えて負荷に給電する系統切換手段を備えた分岐盤と
を備えた無停電電源システムにおいて、
前記系統切換手段は、前記各々の電源系統と共通の出力端との間に設けられた２台の機械式スイッチと、この２台の機械式スイッチの各々に直列に接続された電流調整手段を有し、
前記２つの電源系統を無瞬断で切換えるとき、お互いの電源系統間に流れる横流が所定値以内となるように前記電流調整手段を制御して切換えるようにすると共に、前記電流調整手段には可変インピーダンス素子を用いたことを特徴とする無停電電源システム。
前記電流調整手段と並列に短絡スイッチを設け、前記２つの電源系統の切換えを行わない通常時にはこの短絡スイッチを投入するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システム。
前記２台の機械式スイッチに代えて１台の双投式機械スイッチを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無停電電源システム。
前記単位無停電電源システムは複数台の無停電電源装置を有し、前記２つの電源系統のうちの他方の電源系統も前記単位無停電電源システムの出力であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の無停電電源システム。
前記２つの電源系統のうち他方の電源系統が商用電源であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の無停電電源システム。
２組目の単位無停電電源システムを更に有し、前記２つの電源系統のうち他方の電源系統がこの２組目の単位無停電電源システムの出力であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の無停電電源システム。