JP6685671B2

JP6685671B2 - 並列無停電電源システム

Info

Publication number: JP6685671B2
Application number: JP2015171594A
Authority: JP
Inventors: 勝也峯野; 暁末吉
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2035-08-31
Also published as: JP2017050953A

Description

本発明の実施形態は、無停電電源装置（以下、ＵＰＳと呼ぶ）にピークシフト運転を実施させる並列無停電電源システムに関する。

近年、情報インフラの重要性が益々高まっている。そのため、ＵＰＳが広く導入されている。ＵＰＳは、接続された負荷に対して所定の時間だけ電力を供給し続ける装置である。ＵＰＳには、充放電可能な蓄電部が接続されている。蓄電部としては、例えばリチウムイオン蓄電池などがある。

蓄電部は通常運用時には系統電源から給電を受け、系統電源からの電力供給が停止すると放電する。ＵＰＳがこの電力を負荷に供給する。これにより、系統停電が発生しても、接続された負荷に対し、同一規格の電力を所定時間与え続けることができる。このようなＵＰＳが電力を供給する負荷は、停電が許されないサーバーなどである。そのため、ＵＰＳでは冗長性を確保することが重要である。したがって、複数台のＵＰＳを並列に接続した並列無停電電源システムが主流となっている。

ところで最近では、ＵＰＳの余剰容量は増大傾向にある。そのため、系統停電時だけではなく通常運用時にもＵＰＳを用いることが期待されている。具体的にはＵＰＳをピークシフト運転に利用することが提案されている。ピークシフト運転とは、系統電源からの給電ピークと電力需要のピークの時間帯をずらして、使用電力の平準化を図る運転手法である。

ピークシフト運転を実施するＵＰＳには、ピークシフト運転をＵＰＳに行わせる運転制御部が接続されている。運転制御部は、予め設定されたスケジュールに従ってピークシフト信号をＵＰＳに送信する。ＵＰＳは、ピークシフト信号を受けて、ピークシフト運転を実施する。

具体的には、朝や昼間などの電力需要が大きく電力料金が高い時間帯には、運転制御部がピークシフト信号をＵＰＳに送信する。これを受けたＵＰＳは、系統電源から受ける電力を絞ることで、絞った分だけ自然に蓄電部から放電されるようになっている。これにより、電力料金の高い時間帯での買電量を低減させて経済性を高めることが可能である。

また、夜間の電力需要が少なく電力料金が安い時間帯にも、運転制御部がピークシフト信号をＵＰＳに送信する。これを受けたＵＰＳは、別のＵＰＳに負荷給電を任せ、系統電源から受ける電力を蓄電部の充電に費やす。これにより、電力需要が少ない時間帯では、系統電源からの入力電力量を増やすことができる。蓄電部への充電が終了すると、ＵＰＳは通常運転に戻る。このようなＵＰＳでは、系統電源から受ける電力に応じて、蓄電部の充放電量が受け身で制御される。その結果、系統電源からの給電ピークと電力需要のピークの時間帯をずらすことができる。

特開２０１４−２２２９８２号公報

ＵＰＳは、ピークシフト運転よりも系統停電時の負荷への電力供給を優先し、ピークシフト運転の実施には余剰容量だけを利用することが基本である。そのため、各ＵＰＳがピークシフト運転を実施するか否かは、そのＵＰＳに接続された蓄電部の残容量に依存する。つまり、ＵＰＳでは余剰容量を超えてまで、蓄電部の電力を利用してピークシフト運転を実施することはない。

複数台のＵＰＳを接続した並列無停電電源システムでは、システム全体として見ると、非常に大きな余剰容量を有するが、既存のピークシフト手法では、ＵＰＳ一台の蓄電部の残容量しか見ていない。すなわち、複数台のＵＰＳにおける蓄電部の残容量を同時に監視していない。

したがって、並列無停電電源システムとして合計でどの程度の余剰容量があるのか分からず、ピークシフトが十分に行えない。また、複数台のＵＰＳをどのように制御してピークシフトを行うか、制御手法が確立していない。そこで並列無停電電源システムにおいては、蓄電部の電力を有効に利用して、ピークシフト運転を効率良く実施することが求められていた。

本実施形態は、上記の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、蓄電部の総残容量を把握してピークシフト運転に使用できるＵＰＳを選択することにより、ピークシフト運転の効率向上を図った並列無停電電源システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態は、系統電源から電力の入力を受け所定の負荷へ電力を供給する無停電電源装置を、並列に複数台接続した並列無停電電源システムにおいて、次の構成要素（１）〜（５）を有している。
（１）前記各無停電電源装置に接続される充放電可能な蓄電部。
（２）予め設定されたスケジュールに従ってピークシフト信号を前記無停電電源装置に送信することにより、前記蓄電部の電力を利用して系統電源からの入力電力を増減させるピークシフト運転を、前記無停電電源装置に行わせる運転制御部。
（３）前記蓄電部から当該蓄電部の容量及び電流量を取り込んで前記蓄電部の残り放電可能時間を求める時間演算部。
（４）前記残り放電可能時間が予め設定された設定時間を下回ると残量閾値信号を前記無停電電源装置に送信して前記蓄電部の放電を停止させる停止制御部。
（５）前記停止制御部にて設定される時間は、前記蓄電部の残り放電量の和が系統停電時に供給される前記負荷への電力量を下回らないようにした時間である。

第１の実施形態のブロック図。第１の実施形態の要部ブロック図（通常運転時）。第１の実施形態の要部ブロック図（一括蓄電池アシストモードの開始時）。第１の実施形態の要部ブロック図（一括蓄電池アシストモードの終了時）。第１の実施形態の要部ブロック図（一括蓄電池急速充電モード時）。第１の実施形態の要部ブロック図（蓄電池１１ａのアシストモードの開始時）。第１の実施形態の要部ブロック図（蓄電池１１ａのアシストモードの終了時＆蓄電池１２ａのアシストモードの開始時）。第１の実施形態の要部ブロック図（蓄電池１２ａのアシストモードの終了時）。第１の実施形態の要部ブロック図（蓄電池１１ａの急速充電モードの開始時）。第１の実施形態の要部ブロック図（蓄電池１１ａの急速充電モードの終了時＆蓄電池１２ａの急速充電モードの開始時）。

（１）第１の実施形態
（構成）
以下、本発明の第１の実施形態の構成について、図面を用いて具体的に説明する。図１は第１の実施形態のブロック図である。図１に示すように、第１の実施形態は、ｎ台（図では３台）のＵＰＳ１１〜１３を、並列に接続した並列無停電電源システム１である。ＵＰＳ１１〜１３には負荷２が接続されている。負荷２としては停電を許容しないサーバーなどが代表的であるが、これに限らず交流電力が供給される負荷であればよい。

［並列無停電電源システムの概要］
並列無停電電源システム１には、装置選択部５と、運転制御部６１〜６３と、必要台数演算部７と、時間演算部８１〜８３と、停止制御部９１〜９３が設けられている。運転制御部６１〜６３と、時間演算部８１〜８３と、停止制御部９１〜９３は、ＵＰＳ１１〜１３ごとに設けられている。

［ＵＰＳ］
ＵＰＳ１１〜１３は、系統電源１０から電力の入力を受け負荷２へ電力を供給する。ＵＰＳ１１〜１３にはそれぞれ、整流器３と、インバータ４が設けられている。整流器３は、系統電源１０から入力される交流電力を直流電力に変換する。インバータ４は、整流器３が変換した直流電力を交流電力に変換する。各ＵＰＳ１１〜１３には蓄電池１１ａ〜１３ａが接続されている。蓄電池１１ａ〜１３ａは、例えばリチウムイオン蓄電池などからなる。

ＵＰＳ１１〜１３は通常運転及びピークシフト運転を実施する。通常運転時のＵＰＳ１１〜１３は、系統電源１０から入力された交流電力を、整流器３及びインバータ４を通して負荷２に交流電力を供給する。また、ＵＰＳ１１〜１３は、系統停電が発生して系統電源１０から入力電力が無くなると、蓄電池１１ａ〜１３ａを放電させる。そのため、ＵＰＳ１１〜１３は負荷２に交流電力を所定時間だけ供給する。

さらに、系統電源１０が復電するとＵＰＳ１１〜１３は通常運転に戻る。このとき、整流器３にて交流電力から変換した直流電力を、蓄電池１１ａ〜１３ａへ送る。これにより、放電で低下した蓄電池１１ａ〜１３ａの蓄電量を、元の値まで戻す。

ピークシフト運転とは、蓄電池１１ａ〜１３ａの電力を利用して系統電源１０からの入力電力を増減させる運転である。ピークシフト運転は、運転制御部６１〜６３からＵＰＳ１１〜１３がピークシフト信号を受信することで実施される。ピークシフト信号とは、蓄電池１１ａ〜１３ａに放電を行わせる入力制限信号及び蓄電池１１ａ〜１３ａに充電を急速に行わせる蓄電池急速充電信号である。

入力制限信号は、各蓄電池１１ａ〜１３ａを放電させるための信号であり、ＵＰＳ１１〜１３の整流器３に送られる。蓄電池急速充電信号は、各蓄電池１１ａ〜１３ａを急速に充電させるための信号であり、ＵＰＳ１１〜１３のインバータ４に送られる。

系統電源１０からの入力電力を低減させるピークシフト運転時のＵＰＳ１１〜１３では、運転制御部６１〜６３から入力制限信号を整流器３が受信する。入力制限信号を受けた整流器３は、系統電源１０からの入力を低減させ、低減させた電力分だけ自然に蓄電池１１ａ〜１３ａを放電させる。

例えば、負荷２の容量が「３Ｐ」であり、系統電源１０からの入力電力量を「１Ｐ」に絞ると、蓄電池１１ａ〜１３ａの放電量は「３−１＝２Ｐ」となる。ここで、ピークシフト運転において蓄電池１１ａ〜１３ａの放電量が負荷２への電力供給量の２/３を賄っているが、放電量の大きさに関係なく、概念的には蓄電池１１ａ〜１３ａの放電量が系統電源１０からの入力電力量をアシストしているとして、蓄電池１１ａ〜１３ａの放電動作を蓄電池アシストモードと呼ぶこととする。

また、系統電源１０からの入力電力を増加させるピークシフト運転時のＵＰＳ１１〜１３では、運転制御部６１〜６３からインバータ４が蓄電池急速充電信号を受信する。蓄電池急速充電信号を受けたインバータ４は一時的に出力を切り、負荷給電を他の並列号機であるＵＰＳに任せることで、入力電力を全て充電に使う。これにより、インバータ４は蓄電池１１ａ〜１３ａを急速充電させる。すなわち、蓄電池急速充電信号を受信したインバータ４では、他の並列号機で負荷給電を行っているのとは別で、蓄電池１１ａ〜１３ａへの急速充電を行う。そのため、系統電源１０からの交流電力の総入力量を増やすことができる。

例えば、負荷２の容量が「３Ｐ」であり、蓄電池１１ａ〜１３ａの充電量を「２Ｐ」とすると、系統電源１０からの総入力電力量は、通常運転時の「３Ｐ」から、「３＋２＝５Ｐ」に増えることになる。蓄電池１１ａ〜１３ａの充電動作を蓄電池急速充電モードと呼ぶ。ここでいう急速充電とは、通常運転時にも蓄電池１１ａ〜１３ａの充電を行うが、このときの充電に比べて急速に充電を行うということを示したものであり、具体的な充電速度を示すものではない。

［必要台数演算部］
必要台数演算部７は、負荷２の容量とＵＰＳ１１〜１３の台数に基づいて負荷２に必要なＵＰＳ１１〜１３の台数を求める。必要台数演算部７は、求めた台数を装置選択部５に送る。例えば、負荷２に流れる電流×電圧が２００ｋＶＡで、５００ｋＶＡ×３台のＵＰＳ１１〜１３である場合には、負荷２に必要なＵＰＳは、３台のうち１台あれば十分である。また、負荷２に流れる電流×電圧が７００ｋＶＡで、同じく５００ｋＶＡ×３台のＵＰＳ１１〜１３である場合には、負荷２に必要なＵＰＳは、３台のうち２台のＵＰＳが必要となる。

［装置選択部］
装置選択部５は、必要台数演算部７が求めた台数に従い、蓄電池１１ａ〜１３ａの総残容量と負荷２の容量との差が最小で、且つ蓄電池１１ａ〜１３ａの総残容量の方が負荷２の容量よりも大きくなるように、ピークシフト運転に使用するためのＵＰＳ１１〜１３を選択する。蓄電池１１ａ〜１３ａの総残容量とは、各蓄電池１１ａ〜１３ａの残容量の和である。例えば、負荷２の容量が「３Ｐ」であれば、装置選択部５は、蓄電池１１ａ〜１３ａの総残容量が「３Ｐ」以上で、且つ極力「３Ｐ」に近づくようにＵＰＳ１１〜１３を選択する。

また、装置選択部５は、複数のＵＰＳ１１〜１３を選択する時、複数のＵＰＳ１１〜１３を一括して制御する一括制御と、複数のＵＰＳ１１〜１３を１つずつ個別に制御する個別制御を取る。さらに装置選択部５にはＵＰＳ１１〜１３に関して優先的に選択される順番が予め設定されている。そのため、装置選択部５は、優先順位に従って、ＵＰＳ１１〜１３の組合せを決めている。

［運転制御部］
運転制御部６１〜６３は、通常運転信号及びピークシフト信号をＵＰＳ１１〜１３に送信する。運転制御部６１〜６３がＵＰＳ１１〜１３に通常運転信号を送信することで、ＵＰＳ１１〜１３は通常運転を実施する。運転制御部６１〜６３がＵＰＳ１１〜１３にピークシフト信号を送信する。このピークシフト信号を受信することでＵＰＳ１１〜１３はピークシフト運転を実施する。

運転制御部６１〜６３では、通常運転信号及びピークシフト信号を送信するタイミングとして、ピークシフト運転の時間帯と通常運転の時間帯に分けたスケジュールを、予め設定しておく。ピークシフト運転の時間帯は、朝や昼など電力需要が大きい時間帯と、夜などの電力需要が少ない時間帯に分かれる。

運転制御部６１〜６３は、このスケジュールに従って通常運転の時間帯になると、全てのＵＰＳ１１〜１３に通常運転信号を送信して通常運転を実施させる。また、運転制御部６１〜６３は、ピークシフト運転の時間帯になると、装置選択部５が選択したＵＰＳ１１〜１３にピークシフト信号を送信してピークシフト運転を実施させる。既に述べたようにピークシフト信号には入力制限信号と蓄電池急速充電信号がある。

より詳しくは、運転制御部６１〜６３は、電力需要が大きい時間帯になると、ＵＰＳ１１〜１３の整流器３に入力制限信号を送信する。入力制限信号を受けた整流器３は系統電源１０からの入力を低減させ、低減させた電力分だけ自然に蓄電池１１ａ〜１３ａを放電させる。また、運転制御部６１〜６３は、電力需要が少ない時間帯になると、ＵＰＳ１１〜１３のインバータ４に蓄電池急速充電信号を送信する。蓄電池急速充電信号を受けたインバータ４は入力した電力を全て蓄電池１１ａ〜１３ａの充電に使うことで、蓄電池１１ａ〜１３ａを急速充電させる。

装置選択部５が一括制御を取る場合、運転制御部６１〜６３は、装置選択部５が選択した複数のＵＰＳ１１〜１３に対しピークシフト信号を同時に送信する。このとき、装置選択部５が選択した台数をｘ台とすると、運転制御部６１〜６３は、ＵＰＳ１１〜１３に対してｘ分の１ずつの放電量又は充電量となるように指示するピークシフト信号を送信する。

具体的には、装置選択部５が一括制御でＵＰＳ１１、１２を選択する場合、運転制御部６１、６２は、ＵＰＳ１１、１２に対し１／２ずつの放電量となるように入力制限信号を同時に送信する。あるいは、運転制御部６１、６２は、ＵＰＳ１１、１２に対し１／２ずつの充電量となるように蓄電池急速充電信号を同時に送信する。

また、装置選択部５が個別制御を取る場合、運転制御部６１〜６３は、装置選択部５が選択した複数のＵＰＳ１１〜１３に対しピークシフト信号を１台ずつ順番に送信する。例えば、装置選択部５がＵＰＳ１１、１２を選択するとき、運転制御部６１がＵＰＳ１１に対して入力制限信号及び蓄電池急速充電信号を連続して送信し、続いて、運転制御部６２がＵＰＳ１２に対して入力制限信号及び蓄電池充電信号を連続して送信する。

［時間演算部］
時間演算部８１〜８３は、蓄電池１１ａ〜１３ａから蓄電池１１ａ〜１３ａの容量及び電流量を取り込み蓄電池１１ａ〜１３ａの残り放電可能時間を求める。

［停止制御部］
停止制御部９１〜９３は、時間演算部８１〜８３の求めた残り放電可能時間が予め設定された時間を下回ると、残量閾値信号をＵＰＳ１１〜１３の整流器３に送信する。残量閾値信号は、残り放電可能時間が予め設定された時間を下回ったことを示す信号である。

停止制御部９１〜９３にて設定される時間としては、蓄電池１１ａ〜１３ａの残り放電量の和が、系統停電時に供給される負荷２への電力量を下回らないようにした時間であればよい。残量閾値信号を受けた整流器３は、系統電源１０からの入力制限を解除して元のレベルに復帰させる。これにより、蓄電池１２ａは放電を停止して通常運転に戻る。

（作用）
［通常運転時］
図２は、ＵＰＳ１１〜１３が通常運転を行っている場合を示している。このとき、運転制御部６１〜６３はＵＰＳ１１〜１３の整流器３に通常運転信号を送信する。通常運転信号を受けたＵＰＳ１１〜１３はそれぞれ、系統電源１０から交流電力Ｐを入力し、インバータ４が交流電力Ｐを出力する。これにより、ＵＰＳ１１〜１３は負荷２に交流電力３Ｐを出力する。

［一括蓄電池アシストモードの開始時］
図３では、ＵＰＳ１１、１２がピークシフト運転を行い、ＵＰＳ１３が通常運転を行っている。装置選択部５は一括制御を取り、蓄電池アシストモードを開始する。図３において、必要台数演算部７がピークシフト運転の実施に必要なＵＰＳ１１〜１３の台数を２台としており、装置選択部５は、必要台数演算部７の演算結果に従い、ピークシフト運転に使用するＵＰＳを、ＵＰＳ１１、１２の２台とする。

運転制御部６１、６２は、装置選択部５が選択したＵＰＳ１１、１２の整流器３に対して入力制限信号を同時に送信する。入力制限信号を受けた整流器３は、系統電源１０からの入力を低減させる。蓄電池１１ａ、１２ａは、低減した電力に応じて自然に放電する。

この放電した直流電力をインバータ４に取り込む。インバータ４はそれぞれ交流電力Ｐを出力して、合計２Ｐを負荷２に出力する。なお、時間演算部８１、８２は、蓄電池１１ａ、１２ａから蓄電池１１ａ、１２ａの容量及び電流量を取り込んでおり、蓄電池１１ａ、１２ａの残り放電可能時間を求めている。

運転制御部６３は、ＵＰＳ１３の整流器３に対し通常運転信号を送信する。このため、ＵＰＳ１３は、通常運転を実施している。すなわち、ＵＰＳ１３では、系統電源１０から交流電力Ｐを入力し、インバータ４が交流電力Ｐを出力する。これにより、並列無停電電源システム１では、系統電源１０からの入力電力を、通常運転時の３Ｐから１Ｐだけに抑えることができ、ピークシフト運転を実現させている。また、負荷２への出力電力は蓄電池１１ａ、１２ａからの放電電力を利用することで、交流電力３Ｐを確保している。

［一括蓄電池アシストモードの終了時］
図４では、図３の蓄電池アシストモードが終了した状態を示している。時間演算部８１、８２は、蓄電池１１ａ、１２ａから蓄電池１１ａ、１２ａの容量及び電流量を取り込み、蓄電池１１ａ、１２ａの残り放電可能時間を求める。停止制御部９１、９２は、時間演算部８１、８２の求めた残り放電可能時間が予め設定された時間を下回った時点で、残量閾値信号をＵＰＳ１１、１２の整流器３に送信する。残量閾値信号を受けた整流器３では系統電源１０からの入力制限を解除して、元の入力値に戻す。整流器３において系統電源１０からの入力電力が通常運転時に戻ると、蓄電池１１ａ、１２ａは放電を停止し、共に通常運転に戻る。

［一括蓄電池急速充電モード時］
図５では、ＵＰＳ１１、１２がピークシフト運転を行っている。ここで、装置選択部５は一括制御を取り、蓄電池急速充電モードを行う。図５において、必要台数演算部７がピークシフト運転の実施に必要なＵＰＳ１１〜１３の台数を２台とする。このため、装置選択部５は、必要台数演算部７の演算結果に従い、ピークシフト運転に使用するＵＰＳを、ＵＰＳ１１、１２の２台とする。

運転制御部６１、６２は、装置選択部５が選択したＵＰＳ１１、１２のインバータ４に対し、蓄電池急速充電信号を同時に送信する。蓄電池急速充電信号を受けたＵＰＳ１１、１２では、整流器３が変換した直流電力を蓄電池１１ａ、１２ａへ送り、蓄電池１１ａ、１２ａは直流電力を充電する。すなわち、ＵＰＳ１１、１２では、インバータ４が一時的に出力を切り、他の並列号機であるＵＰＳに負荷給電を任せる。このため、ＵＰＳ１１、１２は負荷２側には電力を供給していない。したがって、ＵＰＳ１１、１２は、系統電源１０からの交流電力２Ｐｃｈを、全て蓄電池１１ａ、１２ａへの充電用電力分として用いることができる。

時間演算部８１、８２は、蓄電池１１ａ、１２ａから蓄電池１１ａ、１２ａの容量及び電流量を取り込み、蓄電池１１ａ、１２ａの残り放電可能時間を求めている。ここで、蓄電池１１ａ、１２ａの残り放電可能時間が、予め定められた規定の残り放電可能時間まで戻ると、蓄電池１１ａ、１２ａの充電が終了したことになり、運転制御部６１、６２はＵＰＳ１１、１２のインバータ４への信号を蓄電池急速充電信号から通常運転信号に切り替え、蓄電池１１ａ、１２ａを通常運転に戻す。

運転制御部６３は、ＵＰＳ１３に対し通常運転信号を送信する。このため、ＵＰＳ１３は、通常運転を実施している。ここで、ＵＰＳ１３だけが負荷２に電力を供給するので、ＵＰＳ１３は系統電源１０から交流電力３Ｐを入力し、インバータ４が交流電力３Ｐを出力する。このように、並列無停電電源システム１では、負荷２への交流電力３Ｐだけではなく、これに蓄電池１１ａ、１２ａへの充電用の電力２Ｐｃｈに加えて、交流電力５Ｐを入力している。すなわち、蓄電池１１ａ、１２ａが急速充電を行うことで、系統電源１０からの入力電力を増やし、ピークシフト運転を実現させている。

［蓄電池１１ａのアシストモードの開始時］
図６では、電力需要が大きい時間帯において、ＵＰＳ１１だけがピークシフト運転を行い、ＵＰＳ１２、１３が通常運転を行っている。装置選択部５は個別制御を取り、ＵＰＳ１１が蓄電池アシストモードを開始する。図６において、必要台数演算部７はピークシフト運転の実施に必要なＵＰＳ１１〜１３の台数を１台とする。このため、装置選択部５は、必要台数演算部７の演算結果に従い、ピークシフト運転に使用するＵＰＳを、ＵＰＳ１１の１台とする。

運転制御部６１は、装置選択部５が選択したＵＰＳ１１の整流器３に対し、入力制限信号を送信する。入力制限信号を受けたＵＰＳ１１の整流器３では、系統電源１０からの入力を低減させる。蓄電池１１ａは、低減した電力に応じて自然に放電する。この放電した直流電力をインバータ４に取り込む。インバータ４は交流電力Ｐを負荷２に出力する。

運転制御部６２、６３は、ＵＰＳ１２、１３の整流器３に対し通常運転信号を送信する。したがって、ＵＰＳ１２、１３は、系統電源１０からそれぞれ交流電力Ｐを入力し、各インバータ４が交流電力Ｐを出力する。すなわち、２台のＵＰＳ１２、１３で交流電力２Ｐを出力する。これにより、並列無停電電源システム１では、系統電源１０からの入力電力を交流電力２Ｐに抑えながらも、負荷２への出力電力は交流電力３Ｐを出力することが可能となる。

［蓄電池１１ａのアシストモードの終了時＆蓄電池１２ａのアシストモードの開始時］
図７では、図６に示した蓄電池１１ａのアシストモードが終了した状態を示している。時間演算部８１は、蓄電池１１ａから蓄電池１１ａの容量及び電流量を取り込み、蓄電池１１ａの残り放電可能時間を求める。停止制御部９１は、時間演算部８１の求めた残り放電可能時間が予め設定された時間を下回った時点で、残量閾値信号をＵＰＳ１１に送信する。残量閾値信号を受けた整流器３では系統電源１０からの入力制限を解除し、元の入力値に戻す。整流器３において系統電源１０からの入力電力が通常運転時の値に復帰すると、蓄電池１１ａは放電を停止し、通常運転に戻る。

また、図７では、ＵＰＳ１２だけがピークシフト運転を行い、ＵＰＳ１１、１３が通常運転を行っている。ここで装置選択部５は個別制御を取っており、ＵＰＳ１２が蓄電池アシストモードを開始する。図７においては、必要台数演算部７がピークシフト運転の実施に必要なＵＰＳ１１〜１３の台数を１台としている。このため、装置選択部５は、必要台数演算部７の演算結果に従い、ピークシフト運転に使用するＵＰＳを、ＵＰＳ１２とする。

運転制御部６２は、装置選択部５が選択したＵＰＳ１２の整流器３に対し、入力制限信号を送信する。入力制限信号を受けたＵＰＳ１２では、蓄電池１２ａが直流電力を放電し、この放電した直流電力をインバータ４に取り込む。インバータ４は交流電力Ｐを負荷２に出力する。

運転制御部６１、６３は、ＵＰＳ１１、１３の整流器３に対し通常運転信号を送信する。したがって、ＵＰＳ１１、１３は、系統電源１０からそれぞれ交流電力Ｐを入力し、各インバータ４が交流電力Ｐを出力する。すなわち、２台のＵＰＳ１１、１３で交流電力２Ｐを出力する。これにより、並列無停電電源システム１では、系統電源１０からの入力電力を、通常運転時の３Ｐから２Ｐに抑えることができ、ピークシフト運転を実現させている。また、負荷２への出力電力は蓄電池１２ａからの放電電力を利用することで、交流電力３Ｐを確保している。

［蓄電池１２ａのアシストモードの終了時］
図８では、図７に示した蓄電池１２ａのアシストモードが終了した状態を示している。時間演算部８２は、蓄電池１２ａから蓄電池１２ａの容量及び電流量を取り込み、蓄電池１２ａの残り放電可能時間を求める。

停止制御部９２は、時間演算部８２の求めた残り放電可能時間が予め設定された時間を下回った時点で、残量閾値信号をＵＰＳ１２の整流器３に送信する。残量閾値信号を受けた整流器３では系統電源１０からの入力制限を解除し、元の入力値に戻す。整流器３において系統電源１０からの入力電力が通常運転時に戻ると、蓄電池１２ａは放電を停止し、通常運転に戻る。

［蓄電池１１ａの急速充電モードの開始時］
図９では、電力需要が少ない時間帯において、ＵＰＳ１１がピークシフト運転を行う。ここで、装置選択部５は個別制御を取り、蓄電池急速充電モードを開始する。図９において、必要台数演算部７はピークシフト運転の実施に必要なＵＰＳ１１〜１３の台数を１台とする。このため、装置選択部５は、必要台数演算部７の演算結果に従い、ピークシフト運転に使用するＵＰＳを、ＵＰＳ１１の１台とする。運転制御部６１は、装置選択部５が選択したＵＰＳ１１のインバータ４に対し、蓄電池急速充電信号を送信する。

蓄電池急速充電信号を受けたＵＰＳ１１では、整流器３が変換した直流電力を蓄電池１１ａへ送り、蓄電池１１ａは直流電力を充電する。すなわち、ＵＰＳ１１は、蓄電池１１ａへの充電用電力分として、系統電源１０から交流電力Ｐｃｈを入力する。このとき、ＵＰＳ１１は負荷２には電力を供給していない。

運転制御部６２、６３は、ＵＰＳ１２、１３に対して通常運転信号を送信する。このため、ＵＰＳ１２、１３は、通常運転を実施している。したがって、ＵＰＳ１２、１３の２台が負荷２に電力を供給する。ここで、ＵＰＳ１２、１３は系統電源１０からそれぞれ１．５Ｐの交流電力、併せて３Ｐの交流電力を入力し、インバータ４が交流電力３Ｐを出力する。このように、並列無停電電源システム１では、系統電源１０からの入力電力を交流電力３Ｐ＋充電用の電力Ｐｃｈ＝４Ｐに増やして蓄電池１１ａの急速充電を行う。すなわち、蓄電池１１ａが急速充電を行うことで、系統電源１０からの入力電力を増やし、ピークシフト運転を実現させている。

［蓄電池１１ａの急速充電モードの終了時＆蓄電池１２ａの急速充電モードの開始時］
図１０では、蓄電池１１ａの急速充電モードが終わり、ＵＰＳ１２がピークシフト運転を行って蓄電池１２ａの急速充電モードが開始する。ここでも装置選択部５は個別制御を取る。図１０において、時間演算部８１は、蓄電池１１ａから蓄電池１１ａの容量及び電流量を取り込み、蓄電池１１ａの残り放電可能時間を求めている。

ここで、蓄電池１１ａの残り放電可能時間が、予め定められた規定の残り放電可能時間にまで戻ると、蓄電池１１ａの充電が終了したことになる。このとき、運転制御部６１はＵＰＳ１１のインバータ４への信号を蓄電池急速充電信号から通常運転信号に切り替え、蓄電池１１ａを通常運転に戻す。

また、必要台数演算部７はピークシフト運転の実施に必要なＵＰＳ１１〜１３の台数を１台とする。このため、装置選択部５は、必要台数演算部７の演算結果に従い、ピークシフト運転に使用するＵＰＳを、ＵＰＳ１２の１台とする。運転制御部６２は、装置選択部５が選択したＵＰＳ１２のインバータ４に対し、蓄電池急速充電信号を送信する。

蓄電池急速充電信号を受けたＵＰＳ１２では、整流器３が変換した直流電力を蓄電池１２ａへ送り、蓄電池１２ａは直流電力を充電する。すなわち、ＵＰＳ１２は、蓄電池１２ａへの充電用電力分として、系統電源１０から交流電力Ｐｃｈを入力する。このとき、ＵＰＳ１２は負荷２側には電力を供給していない。

運転制御部６１、６３は、ＵＰＳ１１、１３に対して通常運転信号を送信するため、ＵＰＳ１１、１３が通常運転を実施する。したがって、ＵＰＳ１１、１３の２台が負荷２に電力を供給する。すなわち、ＵＰＳ１１、１３は系統電源１０からそれぞれ１．５Ｐの交流電力、併せて３Ｐの交流電力を入力する。このように、並列無停電電源システム１では、系統電源１０からの入力電力を交流電力３Ｐ＋充電用の電力Ｐｃｈ＝４Ｐに増やして蓄電池１２ａの急速充電を行う。すなわち、蓄電池１２ａが急速充電を行うことで、系統電源１０からの入力電力を増やし、ピークシフト運転を実現させる。

なお、蓄電池１２ａの残り放電可能時間が、予め定められた規定の残り放電可能時間にまで戻ると、蓄電池１２ａの充電が終了したことになる。このとき、運転制御部６１はＵＰＳ１１のインバータ４への信号を蓄電池急速充電信号から通常運転信号に切り替え、蓄電池１１ａを通常運転に戻す。

（効果）
以上のような第１の実施形態では、装置選択部５が蓄電池１１ａ〜１３ａの総残容量と負荷２の容量との差が最小で、且つ蓄電池１１ａ〜１３ａの総残容量の方が負荷２の容量よりも大きくなるように、ピークシフト運転に使用するためのＵＰＳ１１〜１３を選択する。そして、運転制御部６１〜６３が、装置選択部５の選択したＵＰＳ１１〜１３にピークシフト運転を実施させる。

このような第１の実施形態においては、並列無停電電源システム１を全体的に見て蓄電池１１ａ〜１３ａの総残容量を捉えている。つまり、並列無停電電源システム１として合計でどの程度の余剰容量があるのかを把握しており、ピークシフト運転を効率良く実施することが可能である。

例えば、蓄電池１１ａの残容量が「１Ｐ」を割り込むと、蓄電池１１ａの余剰容量を使い切ったことになるとする。この場合、従来技術では、ＵＰＳ１１は系統停電発生時に負荷２へ供給する電力量が不足するとして、ピークシフト運転の実施は取りやめることになる。しかし、本実施形態においては、３台の蓄電池１１ａ〜１３ａの総残容量が「１Ｐ」を超えているのであれば、たとえ蓄電池１１ａの残容量が「１Ｐ」を下回っていたとしても、装置選択部５が複数台のＵＰＳ１１〜１３を選択することで、ピークシフト運転を実施することが可能である。

このように、本実施形態では、蓄電池１１ａ〜１３ａの総残容量を利用して、ピークシフト運転の効率を高めることができる。特に、大きな余剰容量を持つ並列無停電電源システム１では蓄電池１１ａ〜１３ａの総残容量も大きくなる。そのため、ピークシフト運転の効率が格段に向上する。これにより、電力需要ピーク時の電力消費量を、より効率良く抑えることができ、電力料金の高い時間帯での買電量が低減して、経済性がさらに向上する。

また、第１の実施形態では、装置選択部５がＵＰＳ１１〜１３を選択するとき、選択したＵＰＳ１１〜１３に接続される蓄電池１１ａ〜１３ａの総残容量は、常に負荷２の容量を超えている。したがって、ピークシフト運転時に系統停電が発生しても、蓄電池１１ａ〜１３ａを用いて負荷２の容量をカバーすることができる。つまり、ＵＰＳ１１〜１３は、系統停電発生時に、停電が許されないサーバーなどの負荷２に所定の時間だけ電力を供給し続けることが可能である。その結果、ＵＰＳ１１〜１３は、系統停電時の電力供給機能を確実に発揮することができる。

しかも、第１の実施形態では、時間演算部８１〜８３が蓄電池１１ａ〜１３ａからその容量及び電流量を取り込んで蓄電池１１ａ〜１３ａの残り放電可能時間を求めている。そして、残り放電可能時間が予め設定された設定時間を下回ると、停止制御部９１〜９３が残量閾値信号をＵＰＳ１１〜１３に送信して蓄電池１１ａ〜１３ａの放電を停止させている。

したがって、第１の実施形態においては蓄電池１１ａ〜１３ａの蓄電量が、負荷２の容量よりも低下することがない。このため、系統停電が発生しても、ＵＰＳ１１〜１３は負荷２への電力供給を途絶えさせることがなく、ＵＰＳ１１〜１３としての信頼性を維持することが可能である。

また、第１の実施形態では、装置選択部５が一括制御を取るとき、運転制御部６１〜６３が、蓄電池１１ａ〜１３ａの放電量又は充電量が均等になるようにＵＰＳ１１〜１３にピークシフト信号を送信している。このため、蓄電池１１ａ〜１３ａは均等に放電量あるいは充電量を負担することになる。

したがって、ＵＰＳ１１〜１３は均一にピークシフト運転に寄与することができる。その結果、蓄電池１１ａ〜１３ａは充放電回数が偏ることがなく、性能の低下を抑えることができる。しかも、負荷容量が低減して余剰容量が増大した場合、装置選択部５が複数のＵＰＳ１１〜１３を一度に選択することで、蓄電池１１ａ〜１３ａの放電量又は充電量を大きく利用することができる。このため、ピークシフト運転の効果を最大限に引き出すことが可能となる。

さらに、第１の実施形態では、装置選択部５が個別制御を取ることで、複数のＵＰＳ１１〜１３が順番にピークシフト運転を実施することができる。したがって、ある時間帯においてピークシフト運転に寄与するＵＰＳ１１〜１３は１台であり、系統停電が発生しても並列無停電電源システム１の冗長性を確保することができる。また、第１の実施形態では、運転制御部６１〜６３がピークシフト信号に加えて、通常運転信号をＵＰＳ１１〜１３に送信している。このため、運転制御部６１〜６３は、ＵＰＳ１１〜１３の通常運転とピークシフト運転の両方を制御することができ、スケジュールに沿った運転切替をスムーズに実施することができる。

（２）他の実施形態
上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、ＵＰＳの台数や蓄電池の容量などは適宜変更可能である。また、ピークシフト運転の時間帯と通常運転の時間帯に分けたスケジュールの設定も適宜選択可能であり、ピークシフト運転の時間帯である電力需要が大きい時間帯及び電力需要が少ない時間帯も、設定は自由である。

さらに、上記の実施形態では、装置選択部５が複数のＵＰＳ１１〜１３を選択した場合、運転制御部６１〜６３が、装置選択部５の選択したＵＰＳ１１〜１３に対し、放電量あるいは充電量が等しい大きさとなるようにピークシフト信号を送信していたが、これに限定されるものではない。すなわち、放電量あるいは充電量が予め設定された大きさとなるようにピークシフト信号を送信するようにしてもよい。

このような実施形態では、蓄電池１１ａ〜１３ａの放電量又は充電量を所望の大きさにすることができ、ピークシフト運転の効果を効率良く引き出すことができる。また、ピークシフト運転を実施するＵＰＳ１１〜１３を最小限に抑えることで、並列無停電電源システム１の冗長性を確保することも可能である。

また、ＵＰＳ１１〜１３が順番にピークシフト運転を実施する場合、ピークシフト運転を実施するＵＰＳ１１〜１３を交代させる単位は、適宜選択可能であり、１日単位でも１週間単位でもよい。さらに、ピークシフト運転を複数のＵＰＳ１１〜１３により実施する場合、その組合せは自由であり、例えば、１日目にはＵＰＳ１１、１２を使用し、２日目にはＵＰＳ１２、１３を使用し、３日目にはＵＰＳ１３、１１を使用するようにしてもよい。

１…並列無停電電源システム
２…負荷
３…整流器
４…インバータ
５…装置選択部
６１〜６３…運転制御部
７…必要台数演算部
８１〜８３…時間演算部
９１〜９３…停止制御部
１０…系統電源
１１〜１３…ＵＰＳ
１１ａ〜１３ａ…蓄電池

Claims

系統電源から電力の入力を受け所定の負荷へ電力を供給する無停電電源装置を、並列に複数台接続した並列無停電電源システムにおいて、
前記各無停電電源装置に接続される充放電可能な蓄電部と、
予め設定されたスケジュールに従ってピークシフト信号を前記無停電電源装置に送信することにより、前記蓄電部の電力を利用して前記系統電源から前記無停電電源装置への入力電力を増減させるピークシフト運転を、前記無停電電源装置に行わせる運転制御部と、
前記蓄電部から当該蓄電部の容量及び電流量を取り込んで前記蓄電部の残り放電可能時間を求める時間演算部と、
前記残り放電可能時間が予め設定された設定時間を下回ると残量閾値信号を前記無停電電源装置に送信して前記蓄電部の放電を停止させる停止制御部と、
を備え、
前記停止制御部にて設定される時間は、前記蓄電部の残り放電量の和が系統停電時に供給される前記負荷への電力量を下回らないようにした時間であることを特徴とする並列無停電電源システム。
ピークシフト運転に使用するための前記無停電電源装置を複数選択する装置選択部を備え、
前記装置選択部が複数の前記無停電電源装置を選択した場合、前記運転制御部は、前記装置選択部が選択した複数の前記無停電電源装置に対しピークシフト信号を１台ずつ順番に送信することを特徴とする請求項１に記載の並列無停電電源システム。
ピークシフト運転に使用するための前記無停電電源装置を複数選択する装置選択部を備え、
前記装置選択部が複数の前記無停電電源装置を選択した場合、前記運転制御部は、前記装置選択部が選択した複数台の前記無停電電源装置に対し予め設定された放電量あるいは充電量を指示するピークシフト信号を、同時に送信することを特徴とする請求項１又は２に記載の並列無停電電源システム。
ピークシフト運転に使用するための前記無停電電源装置を複数選択する装置選択部を備え、
前記装置選択部が複数の前記無停電電源装置を選択した場合、前記運転制御部は、前記装置選択部が選択したｘ台の前記無停電電源装置に対しｘ分の１ずつの放電量あるいは充電量を指示するピークシフト信号を、同時に送信することを特徴とする請求項３記載の並列無停電電源システム。
前記運転制御部は、前記無停電電源装置に通常運転信号を送信して通常運転を実施することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の並列無停電電源システム。