JP6668274B2

JP6668274B2 - 無停電電源システム

Info

Publication number: JP6668274B2
Application number: JP2017022121A
Authority: JP
Inventors: 明洋木村
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2037-02-09
Also published as: JP2018129954A

Description

この発明は、無停電電源システムに関し、特に、直列冗長方式の無停電電源システムに関する。

高い信頼度が求められる無停電電源システムにおいては、無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply）の故障等が発生しても、負荷にＵＰＳでの給電を継続する必要がある。このため、従来より、複数のＵＰＳを組み合わせて冗長方式の無停電電源システムを構成することが行なわれている。

このような冗長方式の無停電電源システムとして、たとえば、特開２００８−３１２３７１号公報(特許文献１）には、常時負荷に給電するように構成された複数の常用ＵＰＳと、これら複数の常用ＵＰＳの共通のバックアップ用として設けられた予備ＵＰＳとからなる無停電電源システムが開示されている。このような無停電電源システムは、直列冗長無停電電源システムまたは共通予備無停電電源システムと呼ばれている。

直列冗長無停電電源システムにおいては、一般的に、複数の常用ＵＰＳに対して予備ＵＰＳは１台で構成されている。複数の常用ＵＰＳの各々に、バイパス入力電源として予備ＵＰＳの出力が入力されている。システムの運転中において、１台の常用ＵＰＳが故障した場合には、予備ＵＰＳの出力が故障した常用ＵＰＳのバイパス入力電源となり、故障した常用ＵＰＳのバイパス回路を経由して負荷に給電される。

特開２００８−３１２３７１号公報

上述した直列冗長無停電電源システムでは、複数の常用ＵＰＳにおける負荷給電は互いに独立して行なわれる。したがって、運転中の他の常用ＵＰＳに影響を与えることなく、常用ＵＰＳごとに負荷を増設することができる。

しかしながら、常用ＵＰＳごとに負荷容量が異なるため、複数の常用ＵＰＳの間で負荷率が異なることとなる。なお、負荷率とは、無停電電源装置の定格出力容量に対する負荷容量の比である。通常、ＵＰＳは低負荷運転状態で電力変換効率が低下するため、無停電電源システム２００全体の運転効率は低効率となる場合がある。

また、複数の常用ＵＰＳのいずれかが点検や故障でバイパス回路に切換わらない限り、予備ＵＰＳは無負荷運転状態となっている。そのため、無停電電源システム全体としては、信頼度が確保できる一方で、冗長である予備ＵＰＳが有効に活用されていないという問題がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、直列冗長方式の無停電電源システムにおいて、システム全体の運転効率の向上および予備無停電電源装置の有効活用を実現することである。

この発明に係る無停電電源システムは、第１から第３の負荷に給電するように構成される。無停電電源システムは、第１の負荷に常時給電するように構成された第１の常用無停電電源装置と、第２の負荷に常時給電するように構成された第２の常用無停電電源装置と、予備無停電電源装置とを備える。第１および第２の常用無停電電源装置ならびに予備無停電電源装置の各々は、交流電源に接続される交流入力端子と、バイパス入力端子と、交流出力端子と、交流入力端子および交流出力端子との間に直列に接続されるコンバータおよび第１のインバータと、バイパス入力端子と交流出力端子との間に接続されるバイパス回路と、第１のインバータの出力とバイパス回路の出力とを切換えるための切換回路と、コンバータおよび第１のインバータの間の直流回路に接続される蓄電池とを含む。予備無停電電源装置の交流出力端子は、各第１および第２の常用無停電電源装置のバイパス入力端子に接続される。無停電電源システムは、第１および第２の常用無停電電源装置ならびに予備無停電電源装置の各々の直流回路と第３の負荷との間に接続され、直流回路からの直流電力を交流電力に変換して第３の負荷に供給すように構成された電力変換装置をさらに備える。

この発明によれば、直列冗長方式の無停電電源システムにおいて、システム全体の運転効率の向上および予備ＵＰＳの有効活用を実現することができる。

この発明の実施の形態による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。この発明の実施の形態による無停電電源システムの動作を説明する図である。比較例による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。この発明の実施の形態による無停電電源システムの動作を説明する図である。この発明の実施の形態による無停電電源システムの動作を説明する図である。この発明の実施の形態による無停電電源システムの動作を説明する図である。この発明の実施の形態による無停電電源システムの動作を説明する図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。

図１は、この発明の実施の形態による無停電電源システム１００の構成を示す回路ブロック図である。

図１を参照して、無停電電源システム１００は、複数（図１では３台）の無停電電源装置（ＵＰＳ）１０〜１２、複数の蓄電池ＢＡ０〜ＢＡ２、および複数のスイッチＳ１，Ｓ２を備える。本実施の形態では、ＵＰＳ１０〜１２の内部構成は互いに同一であり、その容量（定格出力容量）も互いに同等であるとする。

ＵＰＳ１０〜１２の各々は、交流入力端子Ｔ１、バイパス入力端子Ｔ２、交流出力端子Ｔ３、バッテリ端子Ｔ４、コンバータ１、インバータ２、バイパス回路３、切換回路４、および制御部５を含む。

交流入力端子Ｔ１は、商用交流電源８から交流電力を受けるとともに、コンバータ１の入力ノードに接続される。バッテリ端子Ｔ４は、コンバータ１の出力ノードおよびインバータ２の入力ノードの間の直流回路６（直流リンク）に接続されるとともに、対応の蓄電池ＢＡに接続される。交流出力端子Ｔ３は、切換回路４を介してインバータ２の出力ノードに接続されるとともに、バイパス回路３に接続される。

コンバータ１は、商用交流電源８から商用周波数の交流電力を受ける。コンバータ１は、商用交流電源８から交流電力が供給される通常時は、交流電力を直流電力に変換する。コンバータ１は、直流回路６に供給される直流電圧が一定電圧となるように制御される。

蓄電池ＢＡは、対応のＵＰＳの直流回路６に接続される。蓄電池ＢＡは、通常時はコンバータ１によって生成された直流電力を貯蔵し、商用交流電源８からの交流電力の供給が停止された停電時はインバータ２に直流電力を供給する。

インバータ２（第１のインバータ）は、対応の直流回路６に接続される。インバータ２は、通常時は、コンバータ１によって直流電力を商用周波数の交流電力に変換し、停電時は対応の蓄電池ＢＡからの直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。

バイパス回路３は、バイパス入力端子Ｔ２および切換回路４の間に接続される。切換回路４は、バイパス回路３およびインバータ２の出力ノードと交流出力端子Ｔ３との間に接続される。切換回路４は、バイパス回路３の出力とインバータ２の出力とを無瞬断で切換えるように構成されている。

具体的には、図２に示すように、切換回路４は、バイパス回路３と交流出力端子Ｔ３との間に接続されるスイッチ２１と、インバータ２の出力ノードと交流出力端子Ｔ３との間に接続されるスイッチ２２とを含む。バイパス回路３と交流出力端子Ｔ３との間には、スイッチ２１と並列にサイリスタスイッチが接続されている。スイッチ２２は、インバータ２からの給電時にオン状態となり、バイパス回路３からの給電時にオフ状態となる。スイッチ２１は、バイパス回路３からの給電時にオン状態となり、インバータ２からの給電時にオフ状態となる。サイリスタスイッチは、インバータ２からの給電からバイパス回路３からの給電に移行するときに所定時間だけオン状態となる。

制御部５は、通常時は、コンバータ１およびインバータ２を制御して交流電力を生成する。一方、制御部５は、停電時は、コンバータ１を停止させるとともにインバータ２を制御して交流電力を生成する。制御部５は、各ＵＰＳの交流入力端子Ｔ１の電圧（すなわち、商用交流電源８から供給される交流電圧）に基づいて、商用交流電源８から交流電力が正常に供給されているか否かを判定する。制御部５は、判定結果に基づいてコンバータ１およびインバータ２を制御する。また、制御部５は、対応する無停電電源装置の故障を検出すると、インバータ２の出力をバイパス回路３の出力に無瞬断で切換えるように、切換回路４を制御する。

ＵＰＳ１０において、交流入力端子Ｔ１およびバイパス入力端子Ｔ２は、商用交流電源８に接続される。交流出力端子Ｔ３は、ＵＰＳ１１，１２の各々のバイパス入力端子Ｔ２に接続される。バッテリ端子Ｔ４は蓄電池ＢＡ０に接続される。

ＵＰＳ１１において、交流入力端子Ｔ１は商用交流電源８に接続される。バイパス入力端子Ｔ２はＵＰＳ１０の交流出力端子Ｔ３に接続される。交流出力端子Ｔ３は負荷Ｌ１に接続される。バッテリ端子Ｔ４は蓄電池ＢＡ１に接続される。

ＵＰＳ１２において、交流入力端子Ｔ１は商用交流電源８に接続される。バイパス入力端子Ｔ２はＵＰＳ１０の交流出力端子Ｔ３に接続される。バッテリ端子Ｔ４は蓄電池ＢＡ２に接続される。

スイッチＳ１は、ＵＰＳ１１の交流出力端子Ｔ３と負荷Ｌ１との間に接続される。スイッチＳ２は、ＵＰＳ１２の交流出力端子Ｔ３と負荷Ｌ２との間に接続される。

ＵＰＳ１０〜１２の各々は、点検の際や、万一故障が発生した場合に、切換回路４を用いてインバータ２の出力からバイパス回路３の出力へ無瞬断で切換えることができるように構成されている。図１に示す無停電電源システム１００では、このような無瞬断切換バイパス切換え付きのＵＰＳを３台用意し、１台（ＵＰＳ１０）を予備運転とし、残りの２台（ＵＰＳ１１，１２）を常用運転とし、常用運転のバイパス電源として予備運転のＵＰＳの出力を供給するように構成する。

このような構成にすると、常用運転中のＵＰＳ１１（または１２）が停止してバイパス回路３に切換わると、その電源に予備運転中のＵＰＳ１０の出力が供給されているため、予備運転していたＵＰＳ１０のインバータ出力が負荷Ｌ１（またはＬ２）に対して連続で給電されることとなる。したがって、商用交流電源８での運用を極力低減し、ＵＰＳのみによる給電状態をできるだけ長く維持することができる。すなわち、信頼度の高いＵＰＳによる給電をできるだけ長く維持することができる。

図１に示す無停電電源システム１００は、無瞬断バイパス切換え付きのＵＰＳを直列に接続して冗長性を得るように構成しているので、直列冗長無停電電源システムと称される。以下の説明では、予備運転のＵＰＳ１０を「予備ＵＰＳ１０」と称し、常用運転のＵＰＳ１１，１２をそれぞれ、「常用ＵＰＳ１１」、「常用ＵＰＳ１２」とも称する。予備ＵＰＳ１０は、２台の常用ＵＰＳ１１，１２に共通に予備ＵＰＳとして作用することから、共通予備ＵＰＳとも称することができる。共通予備ＵＰＳ１０の容量は、常用ＵＰＳ１１，１２と同一容量であってもよいし、２台の常用ＵＰＳ１１，１２をバックアップできる容量であってもよい。

このような無停電電源システム１００では、２台の常用ＵＰＳ１１，１２の運転を互いに独立して行なうことができる。そのため、常用ＵＰＳ１１，１２相互、および、予備無停ＵＰＳ１０と常用ＵＰＳ１１，１２との相互の間の特別な制御線などを基本的に必要としない。よって、運転中の常用ＵＰＳ１１，１２に影響を与えることなく、３台目の常用ＵＰＳを増設することができる。

ここで、無停電電源システム１００において、負荷Ｌ３を増設することを計画する。図１の例では、常用ＵＰＳ１２から給電する負荷に、負荷Ｌ３を増設することとする。

負荷Ｌ３を増設するための構成として、本実施の形態による無停電電源システム１００は、電力変換装置９およびスイッチＳ３をさらに備える。

電力変換装置９は、複数（図１では３つ）の直流入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３、交流出力端子Ｔ１４、複数のダイオードＤ１〜Ｄ３、複数のスイッチＳ４１〜Ｓ４３、およびインバータ７を含む。

直流入力端子Ｔ１１は、常用ＵＰＳ１１の直流回路６（直流リンク）に接続される。直流入力端子Ｔ１２は、常用ＵＰＳ１２の直流回路６に接続される。直流入力端子Ｔ１３は、予備ＵＰＳ１０の直流回路６に接続される。

インバータ７（第２のインバータ）は、直流入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３と交流出力端子Ｔ１４との間に接続される。ダイオードＤ１およびスイッチＳ４１は、直流入力端子Ｔ１１とインバータ７の入力ノードとの間に直列に接続される。ダイオードＤ２およびスイッチＳ４２は、直流入力端子Ｔ１２とインバータ７の入力ノードとの間に直列に接続される。ダイオードＤ３およびスイッチＳ４３は、直流入力端子Ｔ１３とインバータ７の入力ノードとの間に直列に接続される。

ダイオードＤ１〜Ｄ３は、直流入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３からインバータ７の入力ノードに流れる方向を順方向として接続されている。ダイオードＤ１〜Ｄ３は逆流防止用のダイオードである。

スイッチＳ４１〜Ｓ４３は、負荷Ｌ３の増設時などにおいて、無停電電源システム１００のユーザによってオン状態またはオフ状態に設定することができる。スイッチＳ４１〜Ｓ４３がオン状態となると、対応する直流入力端子に接続される直流回路６からの直流電力が、ダイオードおよび該スイッチを経由してインバータ７に供給される。一方、スイッチＳ４１〜Ｓ４３がオフ状態となると、対応する直流回路６からの電力供給経路が遮断される。すなわち、スイッチＳ４１〜Ｓ４３の各々のオンオフを制御することにより、ＵＰＳ１０〜１２のうちのいずれの直流回路６からの直流電力をインバータ７に供給するかを制御することができる。

スイッチＳ３は、電力変換装置９の交流出力端子Ｔ１４と負荷Ｌ３との間に接続される。

次に、図２を用いて、図１に示す無停電電源システム１００の動作について説明する。
図２を参照して、商用交流電源８からＵＰＳ１０〜１２の各々に交流電力が正常に供給されている場合は、図中に破線矢印Ｐ１で示すように、商用交流電源８からの交流電力は、常用ＵＰＳ１１およびスイッチＳ１を経由して負荷Ｌ１に供給される。また、図中に破線矢印Ｐ２で示すように、商用交流電源８からの交流電力は、常用ＵＰＳ１２およびスイッチＳ２を経由して負荷Ｌ２に供給される。

電力変換装置９においては、スイッチＳ４１，Ｓ４３がオン状態に設定され、スイッチＳ４２がオフ状態に設定されている。これにより、図中に実線矢印Ｐ３１で示すように、常用ＵＰＳ１１の直流回路６からダイオードＤ１およびスイッチＳ４１を経由してインバータ７に直流電力が供給される。また、図中に実線矢印Ｐ３０で示すように、予備ＵＰＳ１０の直流回路６からダイオードＤ３およびスイッチＳ４３を経由してインバータ７に直流電力が供給される。

インバータ７は、常用ＵＰＳ１１および予備ＵＰＳ１０の直流回路６から供給される直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。インバータ７によって生成された交流電力はスイッチＳ３を経由して負荷Ｌ３に供給される。すなわち、常用ＵＰＳ１２に対して増設された負荷Ｌ３に対して、他の常用ＵＰＳ１１および予備ＵＰＳ１０から電力が供給される。

以下、本実施の形態の比較例である図３に示す無停電電源システム２００を参照しながら、本実施の形態による無停電電源システム１００の作用効果について説明する。

図３を参照して、本実施の形態の比較例としての無停電電源システム２００は、電力変換装置９を有していない点において、本実施の形態による無停電電源システム１００とは異なっており、他の点においては同様であるため、図１および図３において同一の要素においては同一の符号を付しその説明は繰り返さない。

比較例による無停電電源システム２００において、常用ＵＰＳ１２から給電する負荷に負荷Ｌ３を増設する場合、図７に示すように、常用ＵＰＳ１２に対して負荷Ｌ２と並列に負荷Ｌ３を説明することができる。このようにすると、図中に破線矢印Ｐ３で示すように、商用交流電源８からの交流電力は、常用ＵＰＳ１２およびスイッチＳ３を経由して負荷Ｌ３に供給される。

上述したように、直列冗長システムにおいては、常用ＵＰＳ１１における運転と常用ＵＰＳ１２における運転とは互いに独立している。そのため、常用ＵＰＳ１１，１２の間で負荷率が異なる場合がある。なお、負荷率とは、ＵＰＳの定格出力容量に対する負荷容量の比である。

常用ＵＰＳ１１，１２の各々では、交流電力を蓄電池ＢＡの充電のために一度直流電力に変換し、さらに交流電力に変換して対応の負荷に給電しているため、電力変換ごとに変換損失が発生する。なお、ＵＰＳは、通常、負荷率が５０〜８０％付近で電力変換効率が最も良くなるように設計されている。したがって、負荷率が５０％未満の低負荷運転状態、または負荷率が８０％を超える高負荷運転状態では、電力変換効率が低下する。

図２および図３の例では、負荷Ｌ１の容量が負荷Ｌ２の容量に比べて小さい場合を想定する。この場合、常用ＵＰＳ１１，１２は定格出力容量が同一であるため、常用ＵＰＳ１１の負荷率は常用ＵＰＳ１２の負荷率よりも低くなっている。一例として、常用ＵＰＳ１１の負荷率が４０％程度である一方で、常用ＵＰＳ１２の負荷率が７０％程度であるものとする。図７に示すように、常用ＵＰＳ１２に対して負荷Ｌ３を増設すると、常用ＵＰＳ１１は低負荷運転状態のままである一方で、常用ＵＰＳ１２は負荷率が上昇して８０％を超える高負荷運転状態となる場合がある。この場合、常用ＵＰＳ１１，１２の各々において電力変換効率が低くなるため、無停電電源システム２００全体の運転効率も低下してしまう。

また、無停電電源システム２００においては、常用ＵＰＳ１１，１２のいずれかが点検や故障でバイパス回路３に切換わらない限り、予備ＵＰＳ１０は予備運転中であり、無負荷運転状態となっている。無停電電源システム２００全体としては、冗長である予備ＵＰＳ１０が有効に活用されていない。

これに対して、本実施の形態による無停電電源システム１００では、低負荷運転状態である常用ＵＰＳ１１から負荷Ｌ３に電力を供給する構成としたことにより、常用ＵＰＳ１１の負荷率を上げることができ、結果的に常用ＵＰＳ１１の電力変換効率を高めることができる。また、常用ＵＰＳ１２が高負荷運転状態となることが回避されるため、常用ＵＰＳ１２を良好な電力変換効率に保つことができる。この結果、無停電電源システム１００全体の運転効率を向上させることが可能となる。

また、無負荷運転状態である予備ＵＰＳ１０から負荷Ｌ３に電力を供給する構成としたことにより、冗長化のための予備ＵＰＳ１０を有効に活用することができる。

さらに、本実施の形態による無停電電源システム１００では、電力変換装置９において、常用ＵＰＳ１１，１２および予備ＵＰＳ１０の各々の直流回路６の出力を実質的に突き合わせる構成を採っている。このようにすると、各無停電電源装置に対応する商用交流電源８が正常であれば、直流回路６の出力電圧は互いに等しくなるため、インバータ７は、スイッチＳ４１〜Ｓ４３を通じて供給される各直流回路６の出力をまとめた直流電力を、複雑な制御なしに交流電力に変換することができる。

また、常用ＵＰＳ１１，１２および予備ＵＰＳ１０のいずれかにおいて、商用交流電源８が停電したことによって蓄電池ＢＡからの給電に切換えられたときには、電力変換装置９においては、各直流回路６の出力のうち電圧が高いものが優先的にインバータ７によって交流電力に変換されることになる。このときも、複雑な制御なしに直流電力を交流電力に変換することができる。

なお、常用ＵＰＳ１１および予備ＵＰＳ１０から負荷Ｌ３に給電するための別の構成としては、常用ＵＰＳ１１の交流出力端子Ｔ３を第１のスイッチを介して負荷Ｌ３に接続し、かつ、予備ＵＰＳ１０の交流出力端子Ｔ３を第２のスイッチを介して負荷Ｌ３に接続する構成が考えられる。

しかしながら、上記構成では、常用ＵＰＳ１１の交流出力端子Ｔ３から出力される交流電力と、予備ＵＰＳ１０の交流出力端子から出力される交流電力とが同期していなければ、これら２つの交流電力を突き合わせることができない。なお、第１および第２のスイッチのオンオフ制御によってこれら２つの交流電力を切換えて負荷Ｌ３に供給する構成も考えられるが、交流電力同士が同期していないため、切換え時に第１および第２のスイッチを共にオン状態とするラップ期間を設けることができない。したがって、本実施の形態とは異なり、交流電力を負荷Ｌ３に供給するための複雑な制御が必要となる。

なお、図２の例では、スイッチＳ４１，Ｓ４３をオン状態とすることで、低負荷運転状態の常用ＵＰＳ１１および無負荷運転状態の予備ＵＰＳ１０の各々から直流電力を融通する構成について説明したが、負荷Ｌ３の容量に応じて、常用ＵＰＳ１１および予備ＵＰＳ１０のいずれか一方のみから直流電力を融通する構成としてもよい。たとえば、常用ＵＰＳ１１，１２の負荷率がともに５０〜８０％付近である場合において負荷Ｌ３を増設するときには、スイッチＳ４３をオン状態とし、かつスイッチＳ４１，Ｓ４２をオフ状態として予備ＵＰＳ１０の直流回路６から直流電力を融通するようにしてもよい。あるいは、常用ＵＰＳ１１が低負荷運転状態である場合において、常用ＵＰＳ１１のみから直流電力を融通することで常用ＵＰＳ１１の負荷率が５０〜８０％付近に上昇するときには、スイッチＳ４１をオン状態とし、かつスイッチＳ４２，Ｓ４３をオフ状態とするようにしてもよい。

また、図２の例では、負荷Ｌ１が負荷Ｌ２よりも容量が小さく、常用ＵＰＳ１１が低負荷運転状態である場合の無停電電源システム１００の動作について説明したが、負荷Ｌ２が負荷Ｌ１よりも容量が小さく、常用ＵＰＳ１２が低負荷運転状態である場合には、スイッチＳ４１をオフ状態に設定し、かつ、スイッチＳ４２をオン状態に設定してもよい。このようにすると、常用ＵＰＳ１２の直流回路６からダイオードＤ２およびスイッチＳ４２を経由してインバータ７に直流電力が供給される。

すなわち、本実施の形態による無停電電源システム１００によれば、ＵＰＳ１０〜１３の直流回路６の出力をスイッチＳ４１〜Ｓ４３をそれぞれ介してインバータ７に接続する構成としたことにより、負荷Ｌ１〜Ｌ３の容量に応じてスイッチＳ４１〜Ｓ４３のオンオフを制御することができる。これにより、予備ＵＰＳ１０を有効活用できるとともに、システム全体の運転効率を向上させることができる。

次に、図４から図７を参照して、本実施の形態による無停電電源システム１００の動作のバリエーションについて説明する。

図４は、図２に示した動作の実行中に常用ＵＰＳ１２に対応する商用交流電源８が停電した場合の動作を説明する図である。図４に示すように、常用ＵＰＳ１２においては、商用交流電源８からの給電が途絶えることにより、図中に破線矢印Ｐ２で示すように、蓄電池ＢＡ２の直流電力がインバータ２によって交流電力に変換されて負荷Ｌ２に供給される。

このような場合においても、図中に実線矢印Ｐ３０，Ｐ３１で示すように、常用ＵＰＳ１１および予備ＵＰＳ１０の直流回路６から電力変換装置９のインバータ７には直流電力が供給される。直流電力はインバータ７によって交流電力に変換された負荷Ｌ３に供給される。

図５は、図２に示した動作の実行中に常用ＵＰＳ１２が故障した場合の動作を説明する図である。図５に示すように、常用ＵＰＳ１２においては、スイッチ２２をオフ状態とする一方で、スイッチ２１をオン状態とすることにより、インバータ２からの給電からバイパス回路３からの給電に切換えられる。常用ＵＰＳ１２のバイパス入力端子Ｔ２には予備ＵＰＳ１０の出力が供給されている。そのため、図中に破線矢印Ｐ２で示すように、予備ＵＰＳ１０のインバータ出力が負荷Ｌ２に対して給電されることとなる。

図６は、図２に示した動作の実行中に常用ＵＰＳ１１に対応する商用交流電源８が停電した場合の動作を説明する図である。図６に示すように、常用ＵＰＳ１１においては、商用交流電源８からの給電が途絶えることにより、図中に破線矢印Ｐ１で示すように、蓄電池ＢＡ１の直流電力がインバータ２によって交流電力に変換されて負荷Ｌ１に供給される。

このよう場合には、常用ＵＰＳ１１の直流回路６からの給電を、常用ＵＰＳ１２の直流回路６からの給電に切換えてもよい。具体的には、電力変換装置９において、スイッチＳ４１をオン状態からオフ状態に切換えるとともに、スイッチＳ４２をオフ状態からオン状態に切換える。これによると、図中に実線矢印Ｐ３２で示すように、常用ＵＰＳ１２の直流回路６からダイオードＤ２およびスイッチＳ４２を経由してインバータ７に直流電力が供給される。図６の例では、インバータ７には、常用ＵＰＳ１２および予備ＵＰＳ１０の直流回路６から直流電力が供給される。直流電力はインバータ７によって交流電力に変換された負荷Ｌ３に供給される。

このように電力を融通する側の常用ＵＰＳ１１において、商用交流電源８の停電が発生した場合には、対応する蓄電池ＢＡ１に蓄えられた直流電力が負荷Ｌ１に供給されるとともに、負荷Ｌ３に供給されることになるため、蓄電池ＢＡ１の容量が不足し、負荷Ｌ１，Ｌ３の運転を継続できない場合が起こり得る。

そこで、図６に示すように、対応する商用交流電源８の停電が発生した場合には、常用ＵＰＳ１１からの電力の融通を停止することで、負荷Ｌ１，Ｌ３の運転を継続することができる。

図７は、図２に示した動作の実行中に常用ＵＰＳ１１が故障した場合の動作を説明する図である。図７に示すように、常用ＵＰＳ１１においては、スイッチ２２をオフ状態とする一方で、スイッチ２１をオン状態とすることにより、インバータ２からの給電からバイパス回路３からの給電に切換えられる。常用ＵＰＳ１１のバイパス入力端子Ｔ２には予備ＵＰＳ１０の出力が供給されている。そのため、図中に破線矢印Ｐ１で示すように、予備ＵＰＳ１０のインバータ出力が負荷Ｌ１に対して給電されることとなる。

本実施の形態による無停電電源システム１００において、常用ＵＰＳ１１は「第１の常用無停電電源装置」の一実施例に対応し、常用ＵＰＳ１２は「第２の常用無停電電源装置」の一実施例に対応し、予備ＵＰＳ１０は「予備無停電電源装置」の一実施例に対応する。

なお、上述した実施の形態では、無停電電源システム１００が２台の常用無停電電源装置を備える構成について例示したが、本実施の形態による無停電電源システムにおいて、常用無停電電源装置は３台以上であってもよい。この場合、電力変換装置９内部では、３台以上の常用無停電電源装置の直流回路６とインバータ７の入力ノードとをそれぞれ接続するための３個以上のスイッチが設けられる。増設される負荷の容量に応じて該３個以上のスイッチのオンオフを設定することができる。

また、上述した実施の形態において負荷をさらに増設する場合には、増設される負荷に対応して電力変換装置９も増設される。ただし、負荷の容量の総和は予備ＵＰＳ１０の定格出力容量以下とする。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１コンバータ、２，７インバータ、３バイパス回路、４切換回路、５制御部、６直流回路、８商用交流電源、９電力変換装置、１０予備ＵＰＳ、１１，１２常用ＵＰＳ、２１，２２，Ｓ１〜Ｓ３，Ｓ４１〜Ｓ４３スイッチ、１００，２００無停電電源システム、ＢＡ０〜ＢＡ２蓄電池、Ｌ１〜Ｌ３負荷、Ｔ１交流入力端子、Ｔ２バイパス入力端子、Ｔ３，Ｔ１４交流出力端子、Ｔ４バッテリ端子、Ｔ１１〜Ｔ１３直流入力端子。

Claims

第１から第３の負荷に給電するための無停電電源システムであって、
前記第１の負荷に常時給電するように構成された第１の常用無停電電源装置と、
前記第２の負荷に常時給電するように構成された第２の常用無停電電源装置と、
予備無停電電源装置とを備え、
前記第１および第２の常用無停電電源装置ならびに前記予備無停電電源装置の各々は、
交流電源に接続される交流入力端子と、
バイパス入力端子と、
交流出力端子と、
前記交流入力端子および前記交流出力端子との間に直列に接続されるコンバータおよび第１のインバータと、
前記バイパス入力端子と前記交流出力端子との間に接続されるバイパス回路と、
前記第１のインバータの出力と前記バイパス回路の出力とを切換えるための切換回路と、
前記コンバータおよび前記第１のインバータの間の直流回路に接続される蓄電池とを含み、
前記予備無停電電源装置の前記交流出力端子は、各前記第１および第２の常用無停電電源装置の前記バイパス入力端子に接続され、
前記無停電電源システムは、
前記第１および第２の常用無停電電源装置ならびに前記予備無停電電源装置の各々の前記直流回路と前記第３の負荷との間に接続され、前記直流回路からの直流電力を交流電力に変換して前記第３の負荷に供給すように構成された電力変換装置をさらに備える、無停電電源システム。
前記電力変換装置は、
前記第１の常用無停電電源装置の前記直流回路に接続される第１の直流入力端子と、
前記第２の常用無停電電源装置の前記直流回路に接続される第２の直流入力端子と、
前記予備無停電電源装置の前記直流回路の接続される第３の直流入力端子と、
前記第１から第３の直流入力端子と前記第３の負荷との間に接続され、直流電力を交流電力に変換するように構成された第２のインバータと、
前記第１の直流入力端子と前記第２のインバータとの間に接続される第１のスイッチと、
前記第２の直流入力端子と前記第２のインバータとの間に接続される第２のスイッチと、
前記第３の直流入力端子と前記第２のインバータとの間に接続される第３のスイッチとを含む、請求項１に記載の無停電電源システム。
前記第１の常用無停電電源装置の負荷率が前記第２の常用無停電電源装置の負荷率よりも小さい場合は、前記第１および第３のスイッチの少なくとも一方がオンされる一方で、前記第２のスイッチがオフされ、
前記第２の常用無停電電源装置の負荷率が前記第１の常用無停電電源装置の負荷率よりも小さい場合は、前記第２および第３のスイッチの少なくとも一方がオンされる一方で、前記第１のスイッチがオフされる、請求項２に記載の無停電電源システム。
前記第１および第２の常用無停電電源装置は、対応する前記交流電源が停電した場合には、前記蓄電池の直流電力を前記第１のインバータで交流電力に変換して前記第１および第２の負荷にそれぞれ供給するように構成され、
前記第１の常用無停電電源装置に対応する前記交流電源が停電した場合には、前記第１のスイッチがオフされる一方で、前記第２のスイッチがオンされ、
前記第２の常用無停電電源装置に対応する前記交流電源が停電した場合には、前記第２のスイッチがオフされる一方で、前記第１のスイッチがオンされる、請求項２に記載の無停電電源システム。
前記第１および第２の常用無停電電源装置の各々は、点検または故障時において、前記切換回路によって前記第１のインバータの出力を前記バイパス回路の出力に切換えるように構成される、請求項２に記載の無停電電源システム。