JP5477771B2 - 無停電電源装置運用システム - Google Patents

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本発明は、停電等による商用電源の異常時にも負荷に電源を安定して供給する無停電電源装置(Uninterruptible Power Supply)を運用する無停電電源装置運用システムに関する。
まず、無停電電源装置について図を参照しつつ説明する。図3は無停電電源装置のブロック図である。交流電源10と負荷20との間に無停電電源装置30が介在するように接続されている。無停電電源装置30は、直送回路31、交流スイッチ32、充電器33、直流中間回路34、平滑コンデンサ35、インバータ36、バッテリスイッチ37、バッテリ38、バッテリチェック手段39を備える。
この無停電電源装置30は常時商用給電方式による装置であり、通常時に用いられる系統と停電発生時に用いられる系統と二系統に分けることができる。通常時の系統は、交流電源10、直送回路31、交流スイッチ32の第1スイッチ32a、負荷20と接続され、交流電源10から負荷20へ直送回路31を介して交流電力を給電する系統である。充電器33やインバータ36をバイパスし、負荷20へ交流電源10からの交流電力を直接供給する。
一方、停電発生時の系統は、バッテリ38、バッテリスイッチ37、インバータ36、交流スイッチ32の第2スイッチ32b、負荷20と接続され、負荷20へ給電する系統である。第2電力変換器としてのインバータ36は、バッテリ38からの直流電力を入力して所望の電圧と周波数の交流電力(通常は交流電源10の電圧・周波数と同じ交流電力)に変換し、これを交流スイッチ32を介して負荷20へ供給する。
このような無停電電源装置30において、運用中にバッテリ38の健全さをチェックすることは重要であり、バッテリ38にバッテリチェック手段39を並列接続して定期的にバッテリチェックを行い、切替時にバッテリの充電量が低下していたという事態の発生を防止している。バッテリチェック手段39がバッテリ38の良否を判定する際には、バッテリスイッチ37を開いてバッテリ38を直流中間回路から切り離すとともに、バッテリチェック手段39の放電スイッチ39aを閉じ、バッテリ38の良否を判定するのに十分な電力が消費できる放電抵抗39bに電流を流し、放電抵抗39bの端子電圧に基づいてバッテリチェックを行っている。また、これと同様の従来技術が例えば、特許文献1にも開示されている。
特開平8−228440号公報(図1)
無停電電源装置を介在させていたとしても、商用電源から直送回路を通じて負荷へ給電する常時商用給電方式で給電しているときに落雷が発生すると商用電源は瞬停(瞬時停電)になることがあり、無停電電源装置が停電を検出して瞬時にバッテリ駆動方式に切り替えたとしても、負荷に対してシステムダウンを起こすおそれが全くないとはいえなかった。
また、バッテリチェック手段によりバッテリの良否判定を行ってバッテリを放電させた場合、放電させたエネルギーを充電するまでの間に落雷による停電が発生すると、停電時の補償時間が短くなって負荷へのシステムダウンのリスクが高まることになる。
そこで、本発明は上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、雷による停電のおそれがある場合に、負荷のシステムダウンを起こすリスクを低減することができる無停電電源装置運用システムを提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明は、交流電源から負荷に電力を供給する直送回路と、直流中間回路の直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記直流中間回路に接続されるバッテリと、負荷への給電を前記直送回路給電と前記インバータ給電との間で切り替える交流スイッチとを備えた無停電電源装置運用システムにおいて、
天気情報提供サーバからネットワークを介して天気情報データを取得する運用サーバを備え、前記運用サーバが前記天気情報データから無停電電源装置の設置箇所における雷に関する予報を取得した際に、前記交流スイッチを動作させて前記直送回路給電から前記インバータ給電に切り替えると共に、前記インバータ給電を行っている期間の前記天気情報データの配信間隔を前記直送回路給電を行っている期間の前記天気情報データの配信間隔よりも短くすることを特徴とする。
細分化された地域(例えば××市○○地区)の天気情報を提供するサービスを利用することで、無停電電源装置が設置されている場所の雷に関する予報(雷警報、雷雨警報、または、雷注意報や雷雨注意報など雷を含む警報・注意報)を把握し、瞬停や停電による負荷へのシステムダウンのリスクを低減することが可能となる。
また、上記において、前記天気情報データから無停電電源装置の設置箇所における雷に関する予報を取得した際に、前記直送回路給電から前記インバータ給電に切り替えることにより、瞬停や停電による負荷へのシステムダウンのリスクをさらに低減可能とした。
また、上記において、前記天気情報データから無停電電源装置の設置箇所における雷に関する予報を取得した際に、前記バッテリチェック手段の動作を禁止することにより、バッテリチェック時のバッテリからのエネルギーの放電を防ぐ。これにより、バッテリの停電保証時間の短時間化が防止されることとなり、負荷へのシステムダウンのリスクを低減可能とした。
また、上記において、前記天気情報データから無停電電源装置の設置箇所における雷に関する予報を取得した際に、前記インバータ給電から前記直送回路給電に切り替える操作を禁止、あるいは、前記インバータ給電から前記直送回路給電に切り替える操作がされたときに警告を発することにより、操作をする人に対して常用商用給電方式へ戻さないように、また、バッテリチェックを行わないように、注意を促すようにした。
本発明によれば、天気情報提供サーバからネットワークを介して天気情報データを取得することにより、雷による停電のおそれがある場合に、負荷のシステムダウンを起こすリスクを低減することができる無停電電源装置運用システムを提供することができる。
本発明を実施するための形態の無停電電源装置運用システムのブロック図である。 本発明を実施するための形態の無停電電源装置運用システムに用いられる無停電電源装置のブロック図である。 無停電電源装置のブロック図である。
続いて、本発明を実施するための参考形態について、図を参照しつつ以下に説明する。図1は本形態の無停電電源装置運用システムのブロック図である。
無停電電源装置運用システム1は、無停電電源装置100、システム運用サーバ200を備える。
無停電電源装置100は、後述するが常時商用給電方式であり、システム運用サーバ200と接続されている。
システム運用サーバ200は、運用について各種処理を行う。システム運用サーバ200はネットワーク2と通信可能に接続され、さらにこのネットワーク2には天気情報提供サーバ3が通信可能に接続されている。これら各構成の機能等については後述する運用の説明で一括して行う。
続いて、無停電電源装置100について図を参照しつつ説明する。図2は本形態の無停電電源装置運用システムに用いられる無停電電源装置のブロック図である。交流電源300と負荷400との間に無停電電源装置100が介在するように接続されている。この無停電電源装置100は、直送回路101、交流スイッチ102、充電器103、平滑コンデンサ104、直流中間回路105、インバータ106、バッテリスイッチ107、バッテリ108、バッテリチェック手段109、切替装置110を備える。
無停電電源装置100は、通常時に用いられる系統と停電発生時に用いられる系統と二系統に分けることができる。これら二系統は半導体スイッチである交流スイッチ102を切り替えることによりどちらか一方が選択される。通常時の系統は、交流電源300、直送回路101、交流スイッチ102の第1スイッチ102a、負荷400と接続され、交流電源300から直送回路101を介して負荷400へ交流電力を給電する系統である。充電器103やインバータ106をバイパスして負荷400へ交流電源300からの交流電力を直接供給する。
なお、通常時では交流スイッチ102の第2スイッチ102bが開けられ、また、バッテリスイッチ107は閉じられている。このため、バッテリ108が充電器103により常時充電されて次の停電に備えることとなる。第1電力変換器としての充電器103へ交流電力が供給され、充電器103が交流電力を直流電力に変換して直流中間回路105に出力する。直流中間回路105には平滑コンデンサ104が接続されており、充電器103が出力する直流電力のリップル分を吸収・除去して平滑にする。直流中間回路105にはバッテリスイッチ107を介してバッテリ108が接続されており、バッテリ108が充電される。なお、通常時では交流スイッチ102の第2スイッチ102bが開けられているため、バッテリ108はインバータ106を介して放電しないこととなる。ここで充電器103はバッテリ108の充電のみでよいので、例えば常時インバータ給電方式の整流器に比べると容量は小さくてすむ(約1/10)ため、コストを低減できるという利点がある。
一方、停電発生時の系統は、バッテリ108、バッテリスイッチ107、インバータ106、交流スイッチ102の第2スイッチ102b、負荷400と接続され、負荷400へ給電する系統である。第2電力変換器としてのインバータ106は、バッテリ108からの直流電力を入力して所望の電圧と周波数の交流電力(通常は交流電源300の電圧・周波数と同じ交流電力)に変換し、これを交流スイッチ102を介して負荷400へ供給する。
この無停電電源装置100の常時商用給電方式の運用は以下のようになる。通常は商用電源である交流電源300に、直送回路101、交流スイッチ102を介して負荷400と接続して、負荷400へ電力を給電しているが、停電発生時には交流スイッチ102を高速に切り替えてバッテリ108・インバータ106から給電するようにする。なお、交流スイッチ102は、直送回路101から供給される交流電力と、インバータ106から供給される交流電力と、を無停電で切り換える機能を有している。また、停電が回復すれば交流スイッチ102を切り替えて再び交流電源300からの交流電力をそのまま負荷400へ供給する機能を有している。
なお、バッテリ108に並列してバッテリチェック手段109が接続されている。バッテリスイッチ107を開くとともにバッテリチェック手段109の放電スイッチ109aを閉じ、バッテリ38の良否を判定するのに十分な電力を消費できる放電抵抗109bに電流を流し、放電抵抗109bの端子電圧に基づいてバッテリチェックを行っている。そして、バッテリ108の電圧が所定電圧以下になれば、充電器103がバッテリ108をバックアップするので、負荷400が停電する恐れを低減している。
また、電圧があっても電流が流れない場合はバッテリ108が異常であることも検知できる。例えば、バッテリ108の内部抵抗が異常値になるような故障では、無負荷時の端子電圧は正常であっても、出力電流が大きくなると内部抵抗のために端子電圧が低下して、負荷400へ電力を供給できなくなる、即ち停電をバックアップできなくなるが、このような不具合でも大きな負荷である放電抵抗109bをバッテリ108に印加しているため検出を可能とし、バッテリ108の交換等で対処できる。
なお、バッテリ108は充放電を繰り返すに従ってその充電量が低下し、さらに過放電させるなど取扱い方が不適切だった場合もバッテリ充電量が低下するため、この場合も交流電源300の停電を十分にバックアップできなくなる。しかしながら、上記のバッテリチェック手段109では、無停電電源装置100が停止中はもちろんのこと運転中であってもバッテリの健全さをチェックできるため、負荷400を停電させることなくバックアップ用バッテリの機能を点検でき、充電等を行うことができる。これにより、切替時にバッテリ容量が低下していたというような事態の発生を防止している。
このようにバッテリ108の充電が確実になされている無停電電源装置100では、バッテリ駆動時では、交流電源300に代わり、バッテリ108が供給する直流電力をインバータ106が変換して交流電力として出力するため、負荷400は停電せずに運転を継続できる。このような常時商用給電方式の無停電電源装置100では、通常時にインバータ106を使用しないことから高効率で省エネルギーなシステムとなる。
さて、このような交流スイッチ102、バッテリスイッチ107、バッテリチェック手段109の放電スイッチ109aは切替装置110により開閉が制御される。切替装置110はシステム運用サーバ200から送信される制御データに基づいてこれら開閉を制御することとなる。
続いて、無停電電源装置運用システム1について説明する。本発明の無停電電源装置システム1は、天気情報を動作に取り入れる運用方式である。
図1で示す天気情報提供サーバ3は、天気情報を配信するサービスを提供する民間の会社または公共の団体が運用するサーバである。近年では局所的な狭い地域毎の過去、現在および未来の天気情報も提供されている。その中には雷に関する予報(雷警報、雷注意報、雷雨警報、雷雨注意報等の雷に関する警報や注意報)も含まれる。無停電電源装置運用システム1を運用するに際し、当該サービス提供会社と契約を交わし、無停電電源装置1が設置される地域の天気情報を定期的(例えば一時間毎)に取得できるようにしているものとする。
続いて定期的な判定作業について説明する。所定期間経過毎に判定を行う。
天気情報提供サーバ3は天気情報データを出力する。このような出力は、天気情報提供サーバ3が定期的に出力するようにしたり、または、システム運用サーバ200がリクエストした上で出力するようにしても良い。天気情報データは、ネットワーク2を介してシステム運用サーバ200へ到達し、システム運用サーバ200は天気情報データを受信する手段として機能する。
続いてシステム運用サーバ200は、取得した天気情報データを解析する解析手段として機能する。天気情報データのうち、無停電電源装置100が設置される場所(例えば○○地区)が含まれる地域において雷警報または雷注意報が発令されているか否かを判別する。具体的には「○○地区、雷雨警報」というデータがある場合に「○○地区」、「雷」、「警報」、「注意報」というキーワードが含まれているか否かを判定すれば雷警報や雷注意報が発令されていると判断できる。この場合、雷雨警報や暴風雷雨警報というような場合でも雷に関する警報または注意報が発令されているものとして判別できる。
システム運用サーバ200は、雷警報や雷注意報が発令されていないと判断した場合はそのまま処理を終了するが、上記のように雷警報や雷注意報が発令されていると判断した場合、雷に関する予報があることを無停電電源装置100の図示していない表示手段あるいはシステム運用サーバ200のディスプレイに表示する。
さらに直送回路給電方式からインバータ給電方式へ切り替えるように無停電電源装置100を制御する手段として機能する。具体的には直送回路給電方式からインバータ給電方式へ切り替える時に用いられる所定の制御データを無停電電源装置100の切替装置110へ出力することで切替を行う。
無停電電源装置100の切替装置110は、システム運用サーバ200からの制御データが入力されたときに直送回路給電方式からインバータ給電方式へ切り替えるため、各スイッチを操作する。
直送回路給電方式時では第1スイッチ102aが閉、第2スイッチ102bが開、バッテリスイッチ107が充電のため閉、放電スイッチ109aが開であったが、インバータ給電方式時では第1スイッチ102aが開、第2スイッチ102bが閉、バッテリスイッチ107が放電のため閉、放電スイッチ109aが開に制御される。この際、無停電電源装置100は直送回路給電方式からインバータ給電方式への切換えの確認を取る。
システム運用サーバ200は、さらに操作する人間に対し、雷警報が発令されているため、直送回路給電方式ではリスクを伴うためインバータ給電方式へ切り替える旨のメッセージを表示する手段として機能する。さらに、システム運用サーバ200は、操作をする人に対して手動で切替装置110を操作して直送回路給電方式へ戻さないように注意を促す旨のメッセージを表示する手段として機能する。これにより、人手により直送回路給電方式へ戻したため落雷による負荷のシステムダウンを起こすリスクをさらに低減させることができる。
このように雷に影響を受けるおそれがある交流電源101を予め切り離してインバータ給電方式へ変換しているため、落雷により交流電源101が瞬停するような事態が生じても、バッテリ108により電力を安定供給しているため、問題は生じない。また、バッテリ108へも充電器103を介して適宜充電がなされるため、長期間のバッテリ108の使用も可能である。
さらに、この際、システム運用サーバ200は、バッテリチェック手段109の放電スイッチ109aが閉じないようにロックし、雷警報や注意報が解除されるまで放電スイッチ109aをロックするように制御する手段として機能する。さらに、システム運用サーバ200は、操作をする人に対して手動でバッテリチェックを行わないように注意を促す旨のメッセージを表示する手段として機能する。雷警報が発令中にはバッテリ108の健全性を確認するためのバッテリチェックをキャンセルするようにし、バッテリ108からエネルギーを放電させないようにする。これにより、停電が発生しやすい落雷時にバッテリ108からエネルギーを消費させ停電保証時間の短縮による負荷400へのシステムダウンによるリスクを低減させることができる。
そして天気情報提供サーバ3は次の天気情報データを出力し、システム運用サーバ200は天気情報データを受信する手段として機能する。
続いてシステム運用サーバ200は、取得した天気情報データを解析する解析手段として機能する。その結果、雷警報や雷注意報が解除されたと判断した場合は、バッテリ駆動方式から常時商用給電方式に戻すよう無停電電源装置100を制御する手段として機能する。
無停電電源装置100の切替装置110は、システム運用サーバ200からの制御データが入力されたときにインバータ給電方式から直送回路給電方式へ切り替えるため、各スイッチを操作する。つまり直送回路給電方式時では第1スイッチ102aが閉、第2スイッチ102bが開、バッテリスイッチ107が閉、放電スイッチ109aが開へ戻される。この際、無停電電源装置100はインバータ給電方式から直送回路給電方式への切換えの確認を取る。
システム運用サーバ200は、さらに操作する人間に対し、雷警報が解除されたためインバータ給電方式から直送回路給電方式へ戻された旨のメッセージを表示する手段として機能する。本発明の無停電電源運用システム1はこのようなものである。
このような本発明の無停電電源運用システム1によれば、給電中の落雷による負荷のシステムダウンを起こすリスクを低減させることができる。
続いて、本発明の実施形態について説明する。先に説明した参考形態では天気情報データが定期的に配信される場合を想定して説明した。しかしながら、インバータ給電方式で電源供給している期間では天気情報データの配信間隔をより短い間隔に変更し(例えば1時間毎から10分毎に変更し)、警報や注意報の解除後に直ちに直送回路給電方式へ戻すようにする。これは民間の会社または公共の団体との契約で警報や注意報の発令から解除までは短時間で配信してもらうようにしたり、または、システム運用サーバ200が短時間でリクエストするというものである。他は同様である。これにより、放電期間を可能な限り短くしてバッテリを108の放電による劣化を防止する運用を可能とする。このような処理を施しているため給電中の落雷による負荷のシステムダウンを起こすリスクを低減させることができる。
続いて、他の参考形態について説明する。先に説明した形態では天気情報データが時間により定期的に配信される場合を想定して説明した。しかしながら、雷に係る警報や注意報が発令された場合のみ、天気情報データを配信するサービスを受けることもできる。このような形態における無停電電源装置運用システム1について説明する。
天気情報提供サーバ3は雷に関する警報や注意報が発令された旨の情報を含む天気情報データを出力する。天気情報データは、ネットワーク2を介してシステム運用サーバ200へ到達し、システム運用サーバ200は天気情報データを受信する手段として機能する。続いてシステム運用サーバ200は、警報や注意報が発令された旨の情報を含む天気情報データを受信したため直ちに直送回路給電方式からインバータ給電方式へ切り替えるように無停電電源装置100を制御する手段として機能する。
また、天気情報提供サーバ3は雷に関する警報や注意報が解除された旨の情報を含む天気情報データを出力する。天気情報データは、ネットワーク2を介してシステム運用サーバ200へ到達し、システム運用サーバ200は天気情報データを受信する手段として機能する。続いてシステム運用サーバ200は、警報や注意報が解除された旨の情報を含む天気情報データを受信したため直ちにインバータ給電方式から直送回路給電方式へ切り替えるように無停電電源装置100を制御する手段として機能する。
このような本発明の無停電電源運用システムによれば、解析ルーチンを省略することになるとともにより確実に雷の判定ができるようになり、給電中の落雷による負荷のシステムダウンを起こすリスクを低減させることができる。
なお、前記各態では、無停電電源装置100の設置箇所における雷に関する予報を取得した際に、まず、直送回路給電方式からインバータ給電方式に切り替えるようにしているが、システム運用サーバ200は、直送回路給電方式からインバータ給電方式に切り替えることは行わずに、直送回路給電方式のままではリスクを伴う旨のメッセージを表示するのみとしてもよい。
また、直送回路給電方式からインバータ給電方式に切り替えることは行わずに、バッテリチェック手段109の放電スイッチ109aが閉じないようにロックするだけでもよい。
続いて実施例1に係る無停電電源装置運用システムについて説明する。先に説明した実施形態についての実施例となる。この実施例では、上記した天気情報データが、FTP(File Transfer Protocol)により送信されるファイルデータであるものとした。従って無停電電源装置運用システム1は、FTPサーバであるシステム運用サーバ200が送信したファイルデータ内から無停電電源装置100の設置箇所における雷警報または雷注意報を検索抽出し、この雷警報または雷注意報の検索抽出がなされたときに、直送回路給電方式からインバータ給電方式へ切り替える警戒時モードの運用とする。
続いて実施例2に係る無停電電源装置運用システム1について説明する。先に説明した実施形態についての実施例となる。この実施例では、上記した天気情報データが、無償提供されているWeb上のホームページに定期的に自らアクセスして返信されたホームページデータであるものとした。従って無停電電源装置運用システム1は、Webサーバであるシステム運用サーバ200が送信したホームページデータ内から無停電電源装置100の設置箇所における雷警報または雷注意報を検索抽出し、この雷警報または雷注意報の検索抽出がなされたときに、直送回路給電方式からインバータ給電方式へ切り替える警戒時モードの運用とする。このようにしても良い。
続いて実施例3に係る無停電電源装置運用システムについて説明する。先に説明した実施形態についての実施例となる。この実施例では、上記した天気情報データが、電子メールデータであるものとした。従って無停電電源装置運用システム1は、SMTPサーバであるシステム運用サーバ200が送信した電子メールデータ内から無停電電源装置100の設置箇所における雷警報または雷注意報を検索抽出し、この雷警報または雷注意報の検索抽出がなされたときに、直送回路給電方式からインバータ給電方式へ切り替える警戒時モードの運用とする。このようにしても良い。
本発明は、特に落雷により瞬停を前もって防止するというものであり、コンピュータ分野、通信分野、医療分野等の万が一にも装置の停止が許されない分野は勿論のこと、オフィス内のパーソナルコンピュータ用の通常の無停電電源装置に適用してもよく、幅広い分野にて利用することができる。
1:無停電電源装置運用システム
100:無停電電源装置
101:直送回路
102:交流スイッチ
102a:第1スイッチ
102b:第2スイッチ
103:充電器
104:平滑コンデンサ
105:直流中間回路
106:インバータ
107:バッテリスイッチ
108:バッテリ
109:バッテリチェック手段
109a:放電スイッチ
109b:放電抵抗
110:切替装置
200:システム運用サーバ
300:交流電源
400:負荷
2:ネットワーク
3:天気情報提供サーバ

Claims (5)

  1. 交流電源から負荷に電力を供給する直送回路と、直流中間回路の直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記直流中間回路に接続されるバッテリと、負荷への給電を前記直送回路給電と前記インバータ給電との間で切り替える交流スイッチとを備えた無停電電源装置運用システムにおいて、
    天気情報提供サーバからネットワークを介して天気情報データを取得する運用サーバを備え、前記運用サーバが前記天気情報データから無停電電源装置の設置箇所における雷に関する予報を取得した際に、前記交流スイッチを動作させて前記直送回路給電から前記インバータ給電に切り替えると共に、前記インバータ給電を行っている期間の前記天気情報データの配信間隔を前記直送回路給電を行っている期間の前記天気情報データの配信間隔よりも短くすることを特徴とする無停電電源装置運用システム。
  2. 請求項1に記載の無停電電源装置運用システムにおいて、
    前記天気情報データから無停電電源装置の設置箇所における雷に関する予報を取得した際に、雷に関する予報があることを表示することを特徴とする無停電電源装置運用システム。
  3. 請求項1または2に記載した無停電電源装置運用システムにおいて、
    前記天気情報データから無停電電源装置の設置箇所における雷に関する予報を取得した際に、前記インバータ給電から前記直送回路給電に切り替える操作を禁止することを特徴とする無停電電源装置運用システム。
  4. 請求項13のいずれか1項に記載した無停電電源装置運用システムにおいて、
    前記天気情報データから無停電電源装置の設置箇所における雷に関する予報を取得した際に、前記インバータ給電から前記直送回路給電に切り替える操作がされたときに警告を発することを特徴とする無停電電源装置運用システム。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載した無停電電源装置運用システムにおいて、
    前記バッテリの良否を判定するバッテリチェック手段を備え、
    前記天気情報データから無停電電源装置の設置箇所における雷に関する予報を取得した際に、前記バッテリチェック手段の動作を禁止することを特徴とする無停電電源装置運用システム。
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