JP7143081B2 - 無停電電源システム、無停電電源装置、無停電電源装置制御用プログラムおよび無停電電源装置制御方法 - Google Patents

Description

本実施形態は、電力系統の停電時に電力の供給を行う無停電電源システム、無停電電源装置、無停電電源装置制御用プログラムおよび無停電電源装置制御方法に関する。

停電時にも電力を安定供給するために、工場、ビル、病院等に無停電電源システムが設置される。昨今の製造機械、制御装置、医療機器等は、コンピュータにより動作が制御される。これらの機器は、動作中に停電が発生すると、データが消失する、作業中の動作が停止する等の不都合を招く。特に医療機器が停電により停止することは、健康に被害が及ぶこととなり非常に不都合である。このように不測の停電を避けるため、停電時に電力の供給を行う無停電電源システムが使用される。

このような無停電電源システムは、電力系統から供給された交流電流を交流直流変換する交流直流変換部と、交流直流変換部から供給された直流電流により充電される蓄電池と、蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換し交流電流を出力する直流交流変換部を有する。

特開２０１７－０５０９５３公報 特開２０１２－１５１９３８公報 特開２０１６－１４０６８４公報

上記のような無停電電源システムは、蓄電池を内蔵する。無停電電源システムによれば、停電時に、蓄電池から放電された直流電流が、直流交流変換部により直流交流変換され、交流電流として負荷に供給される。

しかしながら、停電が発生することは、稀であり、また、停電の継続時間が数時間の長時間となることも稀である。無停電電源システムに内蔵された蓄電池は、充電された状態で長期にわたり放置される。

昨今の電力需要を考えると、無停電電源システムの蓄電池に充電された電力を有効に活用することが望ましいといえる。また、無停電電源システムの購入に多大な投資を行った購入者は、停電を防止する目的のみならず、他の目的にも無停電電源システムを有効に使いたいと考える。無停電電源システムに内蔵された蓄電池は、停電発生時に電流を放電する以外の目的に使用されていないとの問題点があった。

本実施形態は、停電時に電力供給を行うことができるとともに、蓄電池を増設することなく、負荷平準化、省エネルギーに寄与することができる無停電電源システムを提供することを目的とする。

本実施形態は、次のような構成を有することを特徴とする。
(１)次のような構成を備えた第１の無停電電源部。
(１－１)無停電電源システム供給された直流電流により充電されるとともに、直流電流を放電する第１の蓄電池。
(１－２)電力系統から供給された交流電流を交流直流変換し、直流電流を前記第１の蓄電池に供給する、または、前記第１の蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換し、交流電流を前記電力系統に供給する双方向変換部。
(１－３)前記第１の蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換し、交流電流を出力する直流交流変換部。
(２)前記電力系統から供給された交流電流を直流電流に変換し第２の蓄電池を充電し、前記第２の蓄電池から放電された直流電流を交流電流に変換し、負荷に出力する、第２の無停電電源部。
(２－２)前記第２の蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換し、交流電流を負荷に出力する第２の直流交流変換部。
(３)外部からの指令に基づき、前記電力系統から供給された交流電流を交流直流変換するように、または、前記第１の蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換するように前記双方向変換部を制御する、制御部。
(４)前記双方向変換部が、前記制御部により、前記第１の蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換するように制御された時に、前記双方向変換部から出力された交流電流が、前記電力系統を介し、前記第２の無停電電源部に供給される。
(５)前記制御部は、前記第２の無停電電源部の異常が検出された時に、前記第１の蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換することを停止するように前記双方向変換部を制御する。

また、上記の特徴を有する無停電電源装置、無停電電源装置制御用プログラムおよび無停電電源装置制御方法も本実施形態に含まれる。

第１実施形態にかかる無停電電源システムを示す図 第１実施形態にかかる無停電電源システムの制御部のプログラムフローを示す図

［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１を参照して本実施形態の一例としての無停電電源システム１について説明する。

（１）無停電電源システム１の全体構成
本無停電電源システム１は、複数の無停電電源部２、制御部３を有する。また、本無停電電源システム１は、本無停電電源システム１の外部に配置された電力監視制御装置５、逆潮流検出部６、停電検出部７、開閉部４に接続される。複数の無停電電源部２から出力された交流電流は、負荷８に供給される。逆潮流検出部６、停電検出部７は、電力供給線９１に配置される。電力供給線９１は、電力系統９の一部を構成し需要家内に電力を供給する。電力系統９は、商用電源９２に接続される。

本実施形態において、同一構成の装置や部材が複数ある場合にはそれらについて同一の番号を付して説明を行い、また、同一構成の個々の装置や部材についてそれぞれを説明する場合に、共通する番号にアルファベットの添え字を付けることで区別する。

本無停電電源システム１において、以下の信号が送受信される。
ピークシフト指令ａ１
逆潮流情報ｂ１
停電情報ｃ１
変換指令ｄ１
（交流直流変換指令ｄ１１）
（直流交流変換指令ｄ１２）
（直流交流変換量増減指令ｄ１３）
（停止指令ｄ１４）

（２）無停電電源部２の構成
無停電電源部２は、電力系統から供給された交流電流を直流電流に変換し蓄電池を充電し、蓄電池から放電された直流電流を交流電流に変換し、出力する電源装置である。本実施形態における無停電電源システム１は、一例として３つの無停電電源部２ａ、２ｂ、２ｃにより構成される。無停電電源部２ａ、２ｂ、２ｃは、電力需要家の配電室等に設置される。無停電電源部２ａ、２ｂ、２ｃは、電力需要家の建屋またはフロアごとに個々に設置されていてもよい。

本実施形態の無停電電源システム１において、無停電電源部２ａは待機用、無停電電源部２ｂ、２ｃは常用として使用される。待機用の無停電電源部２ａは、無停電電源部２ｂ、２ｃに故障が発生した場合、無停電電源部２ｂ、２ｃをバックアップする目的で設けられる。無停電電源部２ｂ、２ｃは、常時負荷に交流電流を供給する。

無停電電源部２ａ、２ｂ、２ｃは同じ構成を有する。無停電電源部２は、双方向変換部２１、蓄電池２２、直流交流変換部２３、バイパス回路２４、入力端子２５、補助入力端子２６、出力端子２７を有する。

無停電電源部２ａ、２ｂ、２ｃの各入力端子２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、電力供給線９１に接続され、交流電流が供給される。無停電電源部２ｂ、２ｃの各出力端子２７ｂ、２７ｃは、それぞれ負荷８ｂ、８ｃが接続され、無停電電源部２ｂ、２ｃは、それぞれ負荷８ｂ、８ｃに交流電流を供給する。

無停電電源部２ａは待機用として使用される。無停電電源部２ｂ、２ｃの、各補助入力端子２６ｂ、２６ｃは、それぞれ開閉部４ｂ、４ｃを介し、無停電電源部２ａの出力端子２７ａに接続される。無停電電源部２ｂ、２ｃの異常時に、無停電電源部２ｂ、２ｃは、各補助入力端子２６ｂ、２６ｃを介し、無停電電源部２ａからの交流電流が供給される。

（双方向変換部２１）
双方向変換部２１は、交流電流を直流電流に、直流電流を交流電流に変換する双方向のインバータ・コンバータにより構成される。双方向変換部２１は、蓄電池２２の近傍に設置される。双方向変換部２１は、交流側が入力端子２５を介し電力供給線９１に、直流側が蓄電池２２および直流交流変換部２３に接続される。

双方向変換部２１は、交流電流を直流電流に変換するコンバータとしての動作時に、入力端子２５を介し電力供給線９１から供給された交流電流を直流電流に変換し、直流電流を蓄電池２２、直流交流変換部２３に供給する。

また、双方向変換部２１は、直流電流を交流電流に変換するインバータとしての動作時に、蓄電池２２から放電された直流電流を交流電流に変換し、入力端子２５を介し交流電流を電力供給線９１に出力する。

双方向変換部２１は、制御部３から送信される変換指令ｄ１を受信する。変換指令ｄ１が、交流直流変換を指示する交流直流変換指令ｄ１１である場合、双方向変換部２１は、コンバータとして動作し、入力端子２５を介し電力供給線９１から供給された交流電流を直流電流に変換し、直流電流を蓄電池２２、直流交流変換部２３に供給する。

変換指令ｄ１が、直流交流変換を指示する直流交流変換指令ｄ１２である場合、双方向変換部２１は、インバータとして動作し、蓄電池２２から放電された直流電流を交流電流に変換し、入力端子２５を介し交流電流を電力供給線９１に出力する。

変換指令ｄ１が、交流出力電流の出力量を指示する直流交流変換量増減指令ｄ１３である場合、双方向変換部２１は、インバータとして動作し、直流交流変換量増減指令ｄ１３により指示された出力量となるように、蓄電池２２から放電された直流電流を交流電流に変換し、電力供給線９１に出力する。

変換指令ｄ１が、変換の停止を指示する停止指令ｄ１４である場合、双方向変換部２１は、インバータとしての動作を停止する。

双方向変換部２１ｂ、２１ｃは、制御部３に接続されていない。双方向変換部２１ｂ、２１ｃは、常時コンバータとして動作し、入力端子２５ｂ、２５ｃを介し電力供給線９１から供給された交流電流を直流電流に変換し、直流電流をそれぞれ蓄電池２２ｂ、２２ｃ、直流交流変換部２３ｂ、２３ｃに供給する。

（蓄電池２２）
蓄電池２２は、供給された直流電流により充電され、充電された電荷を直流電流として放電する充電可能な蓄電装置である。蓄電池２２は、リチウム２次電池のような充電可能な電池が複数組合せられた蓄電池である。蓄電池２２は、双方向変換部２１および直流交流変換部２３の近傍に設置される。蓄電池２２は、双方向変換部２１および直流交流変換部２３に接続される。

双方向変換部２１がコンバータとして動作する場合、蓄電池２２は、双方向変換部２１により交流直流変換された直流電流により充電される。

双方向変換部２１がインバータとして動作する場合、蓄電池２２から放電された直流電流は、双方向変換部２１により直流交流変換され、交流電流として入力端子２５から電力供給線９１に出力される。また、蓄電池２２から放電された直流電流は、直流交流変換部２３により直流交流変換され、交流電流として出力端子２７から出力される。

（直流交流変換部２３）
直流交流変換部２３は、直流電流を交流電流に変換するインバータにより構成される。直流交流変換部２３は、蓄電池２２の近傍に設置される。直流交流変換部２３は、交流側が出力端子２７に、直流側が蓄電池２２および双方向変換部２１に接続される。直流交流変換部２３は、蓄電池２２から放電された直流電流を交流電流に変換し、交流電流を出力端子２７に出力する。

無停電電源部２ｂの直流交流変換部２３ｂ、無停電電源部２ｃの直流交流変換部２３ｃの交流側は、それぞれ出力端子２７ｂ、２７ｃを介し、負荷８ｂ、８ｃに接続される。無停電電源部２ａは待機用として使用され、直流交流変換部２３ａは、直接、負荷に接続されない。無停電電源部２ａの直流交流変換部２３ａは、出力端子２７ａ、開閉部４ｂを介し、無停電電源部２ｂの補助入力端子２６ｂに、出力端子２７ａ、開閉部４ｃを介し、無停電電源部２ｃの補助入力端子２６ｃに、それぞれ接続される。

（バイパス回路２４）
バイパス回路２４は、電流の開閉を行うコンタクタ、リレーまたはパワーエレクトロニクス半導体素子のような開閉素子により構成される。バイパス回路２４は、無停電電源部２を構成する筐体の内部に配置される。バイパス回路２４は、一方が補助入力端子２６に、他方が出力端子２７に接続される。バイパス回路２４は、閉路状態時に、補助入力端子２６に供給された交流電流を、出力端子２７に供給する。出力端子２７に供給された交流電流は、負荷８に供給される。

バイパス回路２４は、無停電電源部２の診断回路（図中不指示）により開路閉路が制御される。無停電電源部２の診断回路が、無停電電源部２に異常が発生したと診断した時に、バイパス回路２４は、開路状態とされる。無停電電源部２の診断回路が、無停電電源部２に異常が発生していないと診断した時に、バイパス回路２４は、閉路状態とされる。

一例として、無停電電源部２の診断回路は、以下のような項目を無停電電源部２の異常として検出する。
ｍ．蓄電池２２に関する異常
ｍ１．蓄電池２２の残量減少（電池電圧低下）
ｍ２．蓄電池２２の出力電圧異常
ｍ３．蓄電池２２の出力電流過大
ｍ４．蓄電池２２の温度異常
ｎ．双方向変換部２１に関する異常
ｎ１．双方向変換部２１の出力電圧異常
ｎ２．双方向変換部２１の出力電流過大
ｎ３．双方向変換部２１の温度異常
ｎ４．変換動作遅延
ｏ．直流交流変換部２３に関する異常
ｏ１．直流交流変換部２３の出力電圧異常
ｏ２．直流交流変換部２３の出力電流過大
ｏ３．直流交流変換部２３の温度異常
ｏ４．変換動作遅延
ｐ．その他の異常
ｐ１．冷却ファン異常

（３）制御部３の構成
制御部３は、マイクロコンピュータ等により構成される。制御部３は、無停電電源部２ａの近傍、または無停電電源部２ａを構成する筐体内に配置される。制御部３は、無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａの制御、直流交流変換部２３ａの出力電流および蓄電池２３ａの出力電圧の監視を行う。

制御部３は、受信部３１、入力部３２、送信部３３、監視部３４、演算部３５を有する。

（受信部３１）
受信部３１は、受信回路により構成される。受信部３１は、入力側が通信線を介し電力監視制御装置５に、出力側が演算部３５に接続される。受信部３１は、電力監視制御装置５から電文にて送信されたピークシフト指令ａ１を受信し、演算部３５に出力する。

（入力部３２）
入力部３２は、ステータス入力回路または電文受信回路により構成される。入力部３２は、入力側が逆潮流検出部６および停電検出部７に、出力側が演算部３５に接続される。入力部３２は、逆潮流検出部６からステータスまたは電文にて送信された逆潮流情報ｂ１を受信し、演算部３５に出力する。また、入力部３２は、停電検出部７からステータスまたは電文にて送信された停電情報ｃ１を受信し、演算部３５に出力する。

（送信部３３）
送信部３３は、送信回路により構成される。送信部３３は、入力側が演算部３５に、出力側が無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに接続される。送信部３３は、演算部３５にて作成された変換指令ｄ１を、無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに送信する。変換指令ｄ１は、無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに以下の指示を行う電文によるコマンドである。
交流直流変換指令ｄ１１
直流交流変換指令ｄ１２
直流交流変換量増減指令ｄ１３
停止指令ｄ１４

（監視部３４）
監視部３４は、電流検出回路および電圧検出回路により構成される。監視部３４は、入力側が直流交流変換部２３ａおよび蓄電池２２ａに、出力側が演算部３５に接続される。監視部３４は、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流を監視し、演算部３５に出力する。また、監視部３４は、蓄電池２２ａから出力された直流電流にかかる電圧を監視し、演算部３５に出力する。

（演算部３５）
演算部３５は、マイクロコンピュータのＣＰＵ等により構成される。演算部３５は、後述するコンピュータプログラムを内蔵する。演算部３５は、受信部３１、入力部３２、送信部３３、監視部３４に接続される。演算部３５は、以下の演算および制御を行う。

（Ａ）受信部３１に対する制御
演算部３５は、受信部３１を制御し、電力監視制御装置５から電文にて送信されたピークシフト指令ａ１を受信する。

（Ｂ）入力部３２に対する制御
演算部３５は、入力部３２を制御し、逆潮流検出部６から送信された逆潮流情報ｂ１を、停電検出部７から送信された停電情報ｃ１を受信する。

（Ｃ）送信部３３に対する制御
演算部３５は、送信部３３を制御し以下の指令を無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに送信する。
交流直流変換指令ｄ１１
直流交流変換指令ｄ１２
直流交流変換量増減指令ｄ１３
停止指令ｄ１４

交流直流変換指令ｄ１１は、双方向変換部２１ａに、交流電流を直流電流に変換するコンバータとして動作するように指示する指令である。

直流交流変換指令ｄ１２は、双方向変換部２１ａに、直流電流を交流電流に変換するインバータとして動作するように指示する指令である。

直流交流変換量増減指令ｄ１３は、インバータとして動作している双方向変換部２１ａに、交流電流の出力量の増減を指示する指令である。

停止指令ｄ１４は、双方向変換部２１ａに、インバータとしての動作を停止することを指示する指令である。

商用電源９２から電力系統９の電力供給線９１に交流電流が供給されているときであって、かつ電力監視制御装置５からピークシフト指令ａ１が送信されていないとき、演算部３５は、送信部３３を制御し、交流直流変換指令ｄ１１を無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに送信する。

商用電源９２から電力系統９の電力供給線９１に交流電流が供給されているときであって、かつ電力監視制御装置５からピークシフト指令ａ１が送信されたとき、演算部３５は、送信部３３を制御し、直流交流変換指令ｄ１２を無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに送信する。

商用電源９２から電力系統９の電力供給線９１に交流電流が供給されているときであって、かつ電力監視制御装置５からピークシフト指令ａ１が送信されたときであり、さらに、入力部３２により受信した逆潮流検出部６からの逆潮流情報ｂ１が逆潮流を示すとき、演算部３５は、送信部３３を制御し、直流交流変換量増減指令ｄ１３を無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに送信し、逆潮流とならないような交流電流の出力量を指示する。

商用電源９２から電力系統９の電力供給線９１への交流電流の供給が停止し、入力部３２により受信した停電検出部７からの停電情報ｃ１が停電を示すとき、演算部３５は、送信部３３を制御し、停止指令ｄ１４を無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに送信する。

（Ｄ）監視部３４に対する制御
演算部３５は、監視部３４を制御し、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流を監視する。演算部３５は、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が予め設定された電流値以上である場合、無停電電源部２ｂまたは２ｃに異常が発生したと判断する。

無停電電源部２ｂまたは２ｃに異常が発生した場合、無停電電源部２ｂまたは２ｃは、バイパス回路２４ｂまたは２４ｃを閉路状態とする。その結果、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が、バイパス回路２４ｂを介し負荷８ｂに、またはバイパス回路２４ｃを介し負荷８ｃに供給される。その結果、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が予め設定された電流値以上となる。

演算部３５は、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流を監視部３４を制御して監視し、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が予め設定された電流値以上である場合、無停電電源部２ｂまたは２ｃに異常が発生したと判断する。

前述のとおり、無停電電源部２ｂまたは２ｃは、以下のような項目を無停電電源部２の異常として検出する。
ｍ．蓄電池２２に関する異常
ｍ１．蓄電池２２の残量減少（電池電圧低下）
ｍ２．蓄電池２２の出力電圧異常
ｍ３．蓄電池２２の出力電流過大
ｍ４．蓄電池２２の温度異常
ｎ．双方向変換部２１に関する異常
ｎ１．双方向変換部２１の出力電圧異常
ｎ２．双方向変換部２１の出力電流過大
ｎ３．双方向変換部２１の温度異常
ｎ４．変換動作遅延
ｏ．直流交流変換部２３に関する異常
ｏ１．直流交流変換部２３の出力電圧異常
ｏ２．直流交流変換部２３の出力電流過大
ｏ３．直流交流変換部２３の温度異常
ｏ４．変換動作遅延
ｐ．その他の異常
ｐ１．冷却ファン異常

例えば、無停電電源部２ｂの蓄電池２２ｂの残量が減少し、無停電電源部２ｂが「ｍ１．蓄電池２２の残量減少（電池電圧低下）」であると判断した場合、無停電電源部２ｂのバイパス回路２４ｂは閉路状態とされる。これにより、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が、バイパス回路２４ｂを介し負荷８ｂに供給される。

演算部３５は、監視部３４を制御して直流交流変換部２３ａから出力された交流電流を監視し、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が予め設定された電流値以上であることを検出する。これにより、演算部３５は、無停電電源部２ｂに異常が発生したと判断する。

また、演算部３５は、監視部３４を制御し、蓄電池２２ａから出力された直流電流にかかる電圧を監視する。演算部３５は、蓄電池２２ａから出力された直流電流にかかる電圧が予め設定された電圧値以下である場合、蓄電池２２ａの残量が減少したと判断する。

（開閉部４）
開閉部４は、電流の開閉を行うコンタクタ、リレーまたはパワーエレクトロニクス半導体素子のような開閉素子により構成される。開閉部４ｂ，４ｃは、無停電電源部２ａの近傍に配置される。

開閉部４ｂは、一方が無停電電源部２ｂの補助入力端子２６ｂに、他方が無停電電源部２ａの出力端子２７ａに接続される。開閉部４ｃは、一方が無停電電源部２ｃの補助入力端子２６ｃに、他方が無停電電源部２ａの出力端子２７に接続される。

開閉部４ｂ、４ｃは、保安用に設けられた開閉器である。開閉部４ｂ、４ｃは、保守点検時に、作業者により手動にて開路状態とされる。開閉部４ｂ、４ｃは、保守点検時以外の時に、閉路状態とされる。開閉部４ｂ、４ｃは、無停電電源部２ａの出力端子２７ａから出力された交流電流を、無停電電源部２ｂ、無停電電源部２ｃに供給する。

（電力監視制御装置５）
電力監視制御装置５は、パーソナルコンピュータ等により構成された電力機器を制御するための装置である。電力監視制御装置５は、電力系統９に接続された電力供給線９１の電流、電圧、電力等を観測し、また、需要家の電気設備等の状況を観測し、電力の需給調整を行う。電力監視制御装置５は、電力需要家の配電室等に設置される。

電力監視制御装置５は、電力供給が不足しないように、または電力料金が高額とならないように、需要家の電気設備等の運転の制御を行う。電力監視制御装置５は、電力供給が不足すると予測した場合、または電力料金が高額になると予測した場合に、電力のピークシフトを行うため、電文にてピークシフト指令ａ１を、制御部３の受信部３１に送信する。

（逆潮流検出部６）
逆潮流検出部６は、スマートメータ等により構成された電力供給線９１の電気量を測定するための装置である。逆潮流検出部６は、電力系統９に接続された電力供給線９１の電流、電圧、電力等を観測し、逆潮流を検出する。逆潮流検出部６は、逆潮流を検出した時に、ステータスまたは電文にて逆潮流情報ｂ１を、制御部３の入力部３２に送信する。逆潮流情報ｂ１は、逆潮流があることを示す情報である。逆潮流検出部６は、電力供給線９１の近傍に設置される。

（停電検出部７）
停電検出部７は、電圧測定器等により構成された電力供給線９１の停電を検出するための装置である。停電検出部７は、電力系統９に接続された電力供給線９１の停電を検出する。停電検出部７は、停電を検出した時に、ステータスまたは電文にて停電情報ｃ１を、制御部３の入力部３２に送信する。停電情報ｃ１は、停電があることを示す情報である。停電検出部７は、電力供給線９１の近傍に設置される。

［１－２．作用］
次に、本実施形態の無停電電源システムの動作の概要を、図１～２に基づき説明する。

［Ａ．ピークシフトが行われない場合］
電力系統９に接続された電力供給線９１に停電が発生しておらず、商用電源９２から電力が供給されている場合、無停電電源部２の双方向変換部２１は、コンバータとして動作する。双方向変換部２１は、入力端子２５を介し電力供給線９１から供給された交流電流を直流電流に変換し、直流電流を蓄電池２２、直流交流変換部２３に供給する。

無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａには、制御部３の送信部３３から変換指令ｄ１として交流直流変換指令ｄ１１が送信される。これにより、無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａは、コンバータとして動作する。

無停電電源部２ａ、２ｂ、２ｃの各双方向変換部２１ａ、２１ｂ、２１ｃから出力された直流電流は、それぞれ直流交流変換部２３ａ、２３ｂ、２３ｃにより交流電流に変換される。負荷８ｂには、無停電電源部２ｂの直流交流変換部２３ｂから出力された交流電流が供給される。負荷８ｃには、無停電電源部２ｃの直流交流変換部２３ｃから出力された交流電流が供給される。

無停電電源部２ａの直流交流変換部２３ａから出力された交流電流は、直接負荷に供給されない。無停電電源部２ａは、無停電電源部２ｂ、２ｃに故障が発生した場合に、無停電電源部２ｂ、２ｃをバックアップする待機用として設けられ、負荷に直接接続されていない。

また、双方向変換部２１ａ、２１ｂ、２１ｃから出力された直流電流は、双方向変換部２１ａ、２１ｂ、２１ｃに接続された各蓄電池２２ａ、２２ｂ、２２ｃを充電する。蓄電池２２ａ、２２ｂ、２２ｃの充電量は自然放電により減少するため、双方向変換部２１ａ、２１ｂ、２１ｃによる蓄電池２２ａ、２２ｂ、２２ｃの充電は、随時、行われる。

バイパス回路２４ｂ、２４ｃは、開路状態とされ、この段階では無停電電源部２ａの直流交流変換部２３ａから出力された交流電流は、無停電電源部２ｂを介し負荷８ｂに供給されておらず、また無停電電源部２ｃを介し負荷８ｃに供給されていない。

また、開閉器４ｂ、４ｃは、常時、閉路状態となっており、無停電電源部２ａの出力端子２７ａから出力された交流電流は、無停電電源部２ｂの補助入力端子２６ｂ、無停電電源部２ｃの補助入力端子２６ｃに供給されている。開閉部４ｂ、４ｃは、保安用に設けられた開閉器であり、保守点検時に作業者により手動にて開路状態とされる。

電力系統９に接続された電力供給線９１に停電が発生した場合、無停電電源部２ｂの蓄電池２２ｂから放電された直流電流が、直流交流変換部２３ｂにより交流電流に変換され、負荷８ｂに供給される。また、無停電電源部２ｃの蓄電池２２ｃから放電された直流電流が、直流交流変換部２３ｃにより交流電流に変換され、負荷８ｃに供給される。待機用の無停電電源部２ａは、待機状態を継続する。

［Ｂ．ピークシフトが行われる場合］
次に、ピークシフトが行われる場合の無停電電源システム１の動作の概要を、制御部３の演算部３５の動作を中心に説明する。制御部３の演算部３５は、図２に示すプログラムに従って動作を行う。図２に示すプログラムは、制御部３の演算部３５に内蔵される。図２に示すプログラムは、制御部３の演算部３５により、繰り返し実行される。

ピークシフトが行われる場合、電力監視制御装置５から電文にてピークシフト指令ａ１が、制御部３の受信部３１に送信される。前述のとおり電力監視制御装置５は、電力供給が不足すると予測した場合、または電力料金が高額になると予測した場合に、電力のピークシフトを行うため、電文にてピークシフト指令ａ１を、制御部３の受信部３１に送信する。

（ステップＳ０１：ピークシフト指令ａ１を受信したか判断する）
演算部３５は、電力監視制御装置５からピークシフト指令ａ１を受信したかの判断を行う。

ピークシフト指令ａ１を受信したと判断した場合（ステップＳ０１のＹＥＳ）、ステップＳ０２に移行する。ピークシフト指令ａ１を受信したと判断しない場合（ステップＳ０１のＮＯ）、再びステップＳ０１に移行し、ピークシフト指令ａ１の受信待ち状態となる。

（ステップＳ０２：双方向変換部２１ａに直流交流変換指令ｄ１２を送信する。）
ステップＳ０１にてピークシフト指令ａ１を受信したと判断された場合、演算部３５は、送信部３３を介し、無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに変換指令ｄ１として直流交流変換指令ｄ１２を送信する。無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａは、直流交流変換指令ｄ１２を受信し、インバータとして動作し、蓄電池２２から放電された直流電流を交流電流に変換し、電力供給線９１に出力する。

この無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａから電力供給線９１に出力された交流電流は、無停電電源部２ｂ、２ｃに供給される。無停電電源部２ｂに供給された交流電流は、無停電電源部２ｂの双方向変換部２１ｂにて一旦直流電流に変換されたのち、直流交流変換部２３ｂにて再度交流電流に変換され、負荷８ｂに供給される。同様に、無停電電源部２ｃに供給された交流電流は、無停電電源部２ｃの双方向変換部２１ｃにて一旦直流電流に変換されたのち、直流交流変換部２３ｃにて再度交流電流に変換され、負荷８ｃに供給される。

または、無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａから電力供給線９１に出力され、無停電電源部２ｂに供給された交流電流は、無停電電源部２ｂの双方向変換部２１ｂにより直流電流に変換され、蓄電池２２ｂに充電される。同様に、無停電電源部２ｃに供給された交流電流は、無停電電源部２ｃの双方向変換部２１ｃにより直流電流に変換され、蓄電池２２ｃに充電される。この段階で、無停電電源部２ｂのバイパス回路２４ｂ、無停電電源部２ｃのバイパス回路２４ｃは、開路状態とされている。

（ステップＳ０３：逆潮流が発生したか判断する）
次に、演算部３５は、入力部３２を介し逆潮流検出部６から逆潮流情報ｂ１を受信し、逆潮流が発生したかの判断を行う。前述のとおりステップＳ０２にて無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａから電力供給線９１に出力された交流電流は、無停電電源部２ｂ、２ｃに供給される。

しかしながら、双方向変換部２１ａから電力供給線９１に出力された交流電流の量が、負荷８ｂ、８ｃにて消費される電流の量を超える場合、電力供給線９１を電力系統９側に流れるいわゆる逆潮流電流が発生する。この逆潮流電流は、蓄電池２２ａから出力された直流電流が双方向変換部２１ａにより交流電流に変換されて電力供給線９１に出力されたものであり、電力系統９側に流れることは望ましくない。

入力部３２を介し逆潮流検出部６から逆潮流を示す逆潮流情報ｂ１を受信したとき、演算部３５は、逆潮流が発生したと判断する。逆潮流が発生したと判断した場合（ステップＳ０３のＹＥＳ）、ステップＳ０４に移行する。逆潮流が発生したと判断しない場合（ステップＳ０３のＮＯ）、ステップＳ０５に移行する。

（ステップＳ０４：双方向変換部２１ａに直流交流変換量増減指令ｄ１３を送信する。）
ステップＳ０３にて逆潮流が発生したと判断された場合、演算部３５は、送信部３３を介し、無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに変換指令ｄ１として出力電流量を減少させる旨の直流交流変換量増減指令ｄ１３を送信する。また、演算部３５は、継続して無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに直流交流変換量増減指令ｄ１３を送信し、逆潮流とならない範囲で、交流電流の出力量の増減を指示する。

無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａは、変換指令ｄ１として出力電流量を減少させる旨の直流交流変換量増減指令ｄ１３を受信し、電力供給線９１に出力する交流電流の電流量を減少させる。これにより逆潮流が防止される。

（ステップＳ０５：停電が発生したか判断する）
次に、演算部３５は、入力部３２を介し停電検出部７から停電情報ｃ１を受信し、停電が発生したかの判断を行う。

停電を示す停電情報ｃ１を受信したとき、演算部３５は、停電が発生したと判断する。停電が発生したと判断した場合（ステップＳ０５のＹＥＳ）、ステップＳ０６に移行する。停電が発生したと判断しない場合（ステップＳ０５のＮＯ）、ステップＳ０７に移行する。

（ステップＳ０６：双方向変換部２１ａに停止指令ｄ１４を送信する）
ステップＳ０５にて停電が発生したと判断された場合、演算部３５は、送信部３３を介し、無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに変換指令ｄ１として停止指令ｄ１４を送信する。停止指令ｄ１４を受信した無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａは、インバータとし直流交流変換を行う動作を停止する。

（ステップＳ０７：無停電電源部２ｂまたは２ｃに異常が発生したか判断する）
次に、演算部３５は、無停電電源部２ｂまたは２ｃに異常が発生したかの判断を行う。無停電電源部２ｂまたは２ｃに異常が発生したかの判断は、監視部３４にて、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流を監視することにより行われる。演算部３５は、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が予め設定された電流値以上である場合、無停電電源部２ｂまたは２ｃに異常が発生したと判断する。

無停電電源部２ｂに異常が発生した場合、無停電電源部２ｂは、バイパス回路２４ｂを閉路状態とする。これにより、無停電電源部２ａの直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が、バイパス回路２４ｂを介し負荷８ｂに供給される。または、無停電電源部２ｃに異常が発生した場合、無停電電源部２ｃは、バイパス回路２４ｃを閉路状態とし、無停電電源部２ａの直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が、バイパス回路２４ｃを介し負荷８ｃに供給される。その結果、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が予め設定された電流値以上となる。

演算部３５は、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流を監視部３４を制御して監視し、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が予め設定された電流値以上である場合、無停電電源部２ｂまたは２ｃに異常が発生したと判断する。

前述のとおり、無停電電源部２ｂまたは２ｃは、前述のｍ（ｍ１～ｍ４）、ｎ（ｎ１～ｎ４）、ｏ（ｏ１～ｏ４）、ｐ（ｐ１）にかかる項目を無停電電源部２の異常として検出する。

例えば、無停電電源部２ｂの蓄電池２２ｂの残量が減少し、無停電電源部２ｂが「ｍ１．蓄電池２２の残量減少（電池電圧低下）」であると判断した場合、無停電電源部２ｂのバイパス回路２４ｂは閉路状態とされる。これにより、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が、バイパス回路２４ｂを介し負荷８ｂに供給される。

演算部３５は、監視部３４を制御して直流交流変換部２３ａから出力された交流電流を監視し、直流交流変換部２３ａから出力された交流電流が予め設定された電流値以上である場合、無停電電源部２ｂまたは２ｃに異常が発生したと判断する。

無停電電源部２ｂまたは２ｃに異常が発生したと判断した場合（ステップＳ０７のＹＥＳ）、ステップＳ０８に移行する。無停電電源部２ｂまたは２ｃに異常が発生したと判断しない場合（ステップＳ０７のＮＯ）、ステップＳ０９に移行する。

（ステップＳ０８：双方向変換部２１ａに停止指令ｄ１４を送信する）
ステップＳ０７にて無停電電源部２ｂまたは２ｃに異常が発生したと判断された場合、演算部３５は、送信部３３を介し、無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに変換指令ｄ１として停止指令ｄ１４を送信する。停止指令ｄ１４を受信した無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａは、インバータとし直流交流変換を行う動作を停止する。これにより、双方向変換部２１ａから交流電流が電力供給線９１に出力されなくなり、蓄電池２２ａを電源とする、直流交流変換部２３ａにより変換された交流電流が、負荷８ｂまたは８ｃに供給される。

（ステップＳ０９：蓄電池２２ａの電圧が低下したか判断する）
次に、演算部３５は、無停電電源部２ａの蓄電池２２ａの電圧が低下したかの判断を行う。蓄電池２２ａの電圧が低下したかの判断は、監視部３４にて、蓄電池２２ａの直流電圧を監視することにより行われる。演算部３５は、蓄電池２２ａの直流電圧が予め設定された電圧値以下である場合、蓄電池２２ａの電圧が低下したと判断する。

蓄電池２２ａの電圧が低下したと判断した場合（ステップＳ０９のＹＥＳ）、ステップＳ１０に移行する。蓄電池２２ａの電圧が低下したと判断しない場合（ステップＳ０９のＮＯ）、一連のプログラムを終了する。

（ステップＳ１０：双方向変換部２１ａに停止指令ｄ１４を送信する）
ステップＳ０９にて蓄電池２２ａの電圧が低下したと判断された場合、演算部３５は、送信部３３を介し、無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａに変換指令ｄ１として停止指令ｄ１４を送信する。停止指令ｄ１４を受信した無停電電源部２ａの双方向変換部２１ａは、インバータとし直流交流変換を行う動作を停止する。これにより、蓄電池２２ａを電源とする、双方向変換部２１ａにより変換された交流電流が、電力供給線９１に出力されなくなり、蓄電池２２ａの消耗が防止される。

以上が、無停電電源システム１の動作である。上記のように無停電電源部２ａがピークシフトに用いられる。また、無停電電源部２ｂまたは２ｃの異常時にも無停電電源部２ａが用いられる。

［１－３．効果］
（１）本実施形態によれば、無停電電源システム１は、電力系統から供給された交流電流を交流直流変換し、直流電流を第１の蓄電池２２ａに供給する、または、第１の蓄電池２２ａから放電された直流電流を直流交流変換し、交流電流を電力系統９に供給する双方向変換部２１ａを備えた第１の無停電電源部２ａと、第２の蓄電池２２ｂから放電された直流電流を交流電流に変換し、負荷に出力する、第２の無停電電源部２ｂと、外部からの指令に基づき、電力系統９から供給された交流電流を交流直流変換するように、または、第１の蓄電池２２ａから放電された直流電流を直流交流変換するように双方向変換部２１ａを制御する、制御部３と、を有し、双方向変換部２１ａが、制御部３により、第１の蓄電池２２ａから放電された直流電流を直流交流変換するように制御された時に、双方向変換部２１ａから出力された交流電流が、電力系統９を介し、第２の無停電電源部２ｂに供給されるように構成されるので、停電時に電力供給を行うことができるとともに、蓄電池を増設することなく、負荷平準化、省エネルギーに寄与することができる無停電電源システム１を提供することができる。

待機用に設置された無停電電源部２ａが、無停電電源部２ｂ、２ｃの故障時以外にも有効に活用され、負荷平準化、省エネルギーに寄与することができる。また、無停電電源部２ａ内の蓄電池が、電源として用いられ、あらたな蓄電池を負荷平準化、省エネルギーのために新設することが不要であるので、経済的である。

（２）本実施形態によれば、無停電電源システム１の制御部３は、逆潮流検出部６により検出された逆潮流に基づき、双方向変換部２１ａから電力系統９に供給される交流電流が逆潮流とならないように双方向変換部２１ａを制御するので、接続された電力系統９の商用電源９２方向に、無停電電源部２ａから出力された電流が供給されることを避けることができる。これにより、電力系統９の電力品質の劣化を避けることができる。

（３）本実施形態によれば、制御部３は、停電検出部７により停電が検出された時に、第１の蓄電池２２ａから放電された直流電流を直流交流変換することを停止するように双方向変換部２１ａを制御し、第１の直流交流変換部２３ａにより、第１の蓄電池２２ａから放電された直流電流が直流交流変換され、交流電流として出力されるので、電力系統９の停電時にも、待機用に設置された無停電電源部２ａを有効に活用することができる。

（４）本実施形態によれば、制御部３は、第２の無停電電源部２ｂの異常が検出された時に、第１の蓄電池２２ａから放電された直流電流を直流交流変換することを停止するように双方向変換部２１ａを制御し、第１の直流交流変換部２３ａにより、第１の蓄電池２２ａから放電された直流電流が直流交流変換され、交流電流として出力されるので、第２の無停電電源部２ｂの蓄電池２２ｂが消耗した時や、第２の無停電電源部２ｂに故障が発生した時にも、待機用に設置された無停電電源部２ａから負荷８ｂに電流を供給することができるとともに、蓄電池を増設することなく、負荷平準化、省エネルギーに寄与することができる無停電電源システム１を提供することができる。

［２．他の実施形態］
変形例を含めた実施形態を説明したが、これらの実施形態は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していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、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。以下は、その一例である。

（１）上記実施形態では、無停電電源システム１は、３つの無停電電源部２ａ、２ｂ、２ｃにより構成されるものとしたが、無停電電源システム１の構成はこれに限られない。例えば、無停電電源システム１は、２つもしくは４つ以上の無停電電源部により構成されていてもよい。また、無停電電源システム１は、双方向変換部２１から電力系統９を介し、他の無停電電源部２に交流電流を供給する無停電電源部２ａを２つ以上備えていてもよい。

（２）上記実施形態では、無停電電源部２ａ、２ｂ、２ｃは同じ構成を有するものとし、無停電電源部２ｂ、２ｃは双方向変換部２１ｂ、２１ｃを有するものとした。しかしながら無停電電源部２ｂ、２ｃは、双方向変換部２１ｂ、２１ｃに代替し、交流電流を直流電流に変換する交流直流変換部を有するものであってもよい。

（３）上記実施形態では、逆潮流検出部６は、無停電電源システム１の外部に設けられるものとしたが、逆潮流検出部６は、無停電電源システム１の内部に設けられるものであってもよい。また、逆潮流検出部６は、無停電電源部２または制御部３に設けられるものであってもよい。

（４）上記実施形態では、停電検出部７は、無停電電源システム１の外部に設けられるものとしたが、停電検出部７は、無停電電源システム１の内部に設けられるものであってもよい。また、停電検出部７は、無停電電源部２または制御部３に設けられるものであってもよい。

（５）上記実施形態では、制御部３は、無停電電源部２ａの外部に設けられるものとしたが、制御部３は、無停電電源部２ａの内部に設けられるものであってもよい。また、無停電電源部２ａは、内部に制御部３を有する、一つの無停電電源装置として構成されるようにしてもよい。

（６）上記実施形態では、バイパス回路２４は、人手により操作されるものとしたが、バイパス回路２４は、電力監視制御装置５により開路閉路が制御されるようにしてもよい。

（７）上記実施形態では、逆潮流情報ｂ１は、逆潮流があることを示す情報であるとしたが、逆潮流情報ｂ１は、逆潮流の量を示す情報であってもよい。

（８）上記実施形態では、停電検出部７は、電圧測定器等により構成されるものとしたが、停電検出部７は、スマートメータ等により構成されるものであってもよい。

１・・・無停電電源システム
２，２ａ，２ｂ，２ｃ・・・無停電電源部
３・・・制御部
４，４ｂ，４ｃ・・・開閉部
５・・・電力監視制御装置
６・・・逆潮流検出部
７・・・停電検出部
８，８ｂ，８ｃ・・・負荷
９・・・電力系統
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ・・・双方向変換部
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ・・・蓄電池
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ・・・直流交流変換部
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ・・・バイパス回路
２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ・・・入力端子
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ・・・補助入力端子
２７，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ・・・出力端子
３１・・・受信部
３２・・・入力部
３３・・・送信部
３４・・・監視部
３５・・・演算部
９１・・・電力供給線
９２・・・商用電源

Claims (4)

1. 供給された直流電流により充電されるとともに、直流電流を放電する第１の蓄電池と、
   電力系統から供給された交流電流を交流直流変換し、直流電流を前記第１の蓄電池に供給する、または、前記第１の蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換し、交流電流を前記電力系統に供給する双方向変換部と、
   前記第１の蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換し、交流電流を出力する直流交流変換部と、
   を備えた第１の無停電電源部と、
   前記電力系統から供給された交流電流を直流電流に変換し第２の蓄電池を充電し、前記第２の蓄電池から放電された直流電流を交流電流に変換し、負荷に出力する、
   第２の無停電電源部と、
   外部からの指令に基づき、前記電力系統から供給された交流電流を交流直流変換するように、または、前記第１の蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換するように前記双方向変換部を制御する、制御部と、を有し、
   前記双方向変換部が、前記制御部により、前記第１の蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換するように制御された時に、前記双方向変換部から出力された交流電流が、前記電力系統を介し、前記第２の無停電電源部に供給され、
   前記制御部は、前記第２の無停電電源部の異常が検出された時に、前記第１の蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換することを停止するように前記双方向変換部を制御する、
   無停電電源システム。
2. 前記制御部は、前記電力系統の逆潮流が検出された時に、前記双方向変換部から前記電力系統に供給される交流電流が逆潮流とならないように前記双方向変換部を制御する、
   請求項１に記載の無停電電源システム。
3. 前記制御部は、前記電力系統の停電が検出された時に、前記第１の蓄電池から放電された直流電流を直流交流変換することを停止するように前記双方向変換部を制御する、
   請求項１または２に記載の無停電電源システム。
4. 前記異常は、前記第２の無停電電源部の前記第２の蓄電池の残量減少、前記第２の無停電電源部の故障の少なくとも一つを含む、請求項３に記載の無停電電源システム。

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