JPH05300673A - 無停電電源システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 並列冗長運転される無停電電源装置と予備電
源とを切り換える電源システムにおいて、無停電電源装
置のスイッチ素子短絡故障の切り換え時に、出力電圧変
動を低減する。 【構成】 各無停電電源装置11, 12, …, 1nにスイッチ
素子オフ機能喪失検出器81, 82, …, 8nを設け、この検
出器が動作した時には全無停電電源装置を停止すると共
に予備電源３に切り換えて予備電源給電とし、他の故障
時には故障無停電電源装置のみを停止し、健全な無停電
電源装置により並列運転で負荷５に無停電電源給電する
無停電電源システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、並列運転される複数台
の無停電電源装置で構成される無停電電源システムにお
いて、装置に故障が生じた場合に出力電圧の変動を低減
する切換方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】無停電電源装置の負荷に対する給電の信
頼性を増すために、無停電電源装置の並列冗長運転が一
般に行われている。そして更に電源システムとしての自
由度と信頼性を得る目的から、無停電電源装置給電と予
備電源給電とを無瞬断で切り換えることも行われてい
る。

【０００３】図２にそのような無停電電源システムを示
す。11, 12, …, 1nは、それぞれが無停電電源装置であ
る。無停電電源装置の交流入力及び蓄電池は、当業者に
は公知のことであり本発明とは無関係でもあるので、図
示を省略してある。21, 22,…, 2nはそれぞれが該当す
る無停電電源装置の出力開閉器で、遮断器か接触器かが
用いられるが、以下においては遮断器で代表する。遮断
器21, 22, …, 2nを閉にすると、無停電電源装置は並列
運転される。３は予備電源であり、４は予備電源３の開
閉装置である。５は負荷を示す。

【０００４】開閉装置４の閉路は切換時の電圧の瞬断を
無くすため、実質的には半導体スイッチで行われる。

【０００５】無停電電源装置11, 12, …, 1nは、通常は
ｎ台の並列冗長運転を行いながら、負荷へ電力を供給し
ている。無停電電源装置11, 12, …, 1nのうちの何台か
（通常は２台）が故障して冗長性が無くなると、開閉装
置４がオン、遮断器21, 22,…, 2nがオフして、無停電
電源装置給電から予備電源給電に移行する。

【０００６】図３は無停電電源装置のインバータ回路を
示す。６は無停電電源装置の交流入力を直流に変換した
直流電源に相当する。71〜76は半導体スイッチで、適宜
オン・オフ制御することで所定の交流出力電圧を創出す
る。この出力電圧は変圧器及びフィルタ（図示を省略し
てある）を通し、更に遮断器（図２の21〜2n）を経て負
荷に供給される。図３は三相インバータを例示している
が、単相インバータでも支障なく、また無停電電源装置
ではこれらインバータが複数個組み合わされて構成され
ることも多い。

【０００７】例えば無停電電源装置11のオン・オフは遮
断器21で行われる。遮断器21は絶縁機能の必要から機械
式の遮断器が用いられる。機械式遮断器はオン・オフに
最小でも数十msを要するので、無停電電源装置のように
高速制御が必要なものでは、このオン・オフ時間を無視
できない。特にオフ時間が長いことは問題となる。

【０００８】そこで、これを補う目的で、半導体スイッ
チ71〜76を一斉にオフすることが行われる。半導体スイ
ッチ71〜76は高速オフが可能であり、またオフすること
で遮断器21がオフしたのと電気的には等価な効果が得ら
れる。

【０００９】例えば、周波数あるいは電圧が所定範囲を
外れるなどの故障が無停電電源装置に発生すると（以下
故障機と言う）、インバータ部の全半導体スイッチをオ
フしてその故障機を並列運転から高速で切り離す。さも
ないと、故障機が他の健全な無停電電源装置（以下健全
機と言う）に影響を与え、それが出力電圧変動となって
現れ、ついには負荷に悪影響を与えるからである。

【００１０】出力部の機械式遮断器も動作遅れはある
が、バックアップの意味もあり、当然オフされる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】半導体スイッチ71〜76
の全てが正常な時には、前述のように全半導体スイッチ
を一斉にオフすることで、故障機を並列運転から高速で
切り離すことができる。当然、半導体スイッチ71〜76自
身の故障の時にも、出力電圧を安定に保つためには、故
障機を高速で切り離す必要がある。ところが、半導体ス
イッチのうちの１個でもオフ機能が喪失してしまう（す
なわち、半導体スイッチが短絡状態のままとなり、オフ
制御信号によりオフ状態に復帰しない）故障が発生する
と（半導体スイッチはほとんどの場合短絡状態で故障す
る）、もはや半導体スイッチは一斉オフによる故障機の
高速切り離しはできないばかりか、次のような原因によ
る出力電圧変動が生じることになる。

【００１２】例えば、半導体スイッチ71が短絡故障する
と、他の半導体スイッチ73と75との逆並列ダイオードが
あるために線間短絡状態が生じる。（このダイオードは
無停電電源装置に使用される電圧形インバータには不可
欠である。）この線間短絡状態は機械式遮断器がオフす
るまで継続する。この間、健全機から故障機に故障電流
が流れるが、健全機は自分自身の保護のために、故障電
流が過大にならないように制限する。その結果、負荷へ
の出力電圧が大きく変動することになる。

【００１３】無停電電源装置の負荷は一般に重要なもの
が多く、電圧変動に鋭敏なものが多い。つまり、大きい
電圧変動があると停止してしまう負荷が多く、経済的な
損失と社会的な影響が大きい。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような点に
鑑みてなされたもので、その手段は並列冗長運転される
複数台の無停電電源装置と予備電源とを有し、前記いず
れか一方から負荷へ給電を行う無停電電源システムにお
いて、各無停電電源装置のインバータ部の半導体スイッ
チのオフ機能喪失を検出する手段を設け、いずれかの無
停電電源装置の半導体スイッチのオフ機能が喪失した時
には、全無停電電源装置を停止すると共に、無停電電源
装置給電から予備電源給電に切り換え、前記無停電電源
装置の半導体スイッチのオフ機能が喪失した以外の故障
時には当該故障無停電電源装置のみを並列冗長運転から
切り離し、残った健全な無停電電源装置の並列運転によ
り負荷への給電を継続することを特徴とする無停電電源
システムを構成することである

【００１５】

【作用】いずれかの無停電電源装置のインバータ部の半
導体スイッチがオフ機能を喪失した時には、これを検出
して全無停電電源装置を停止するので、健全機から故障
機への電流流入の防止、すなわち健全機自身の保護動作
に起因する出力電圧変動が低減される。あわせて、無停
電電源装置より一般には電源容量が大きい予備電源給電
に切り換えるので、故障機に起因する出力電圧変動も低
減される。

【００１６】この時の予備電源から故障機への流入電流
は、例えば機械的遮断器21〜2n等により開路される。

【００１７】結局、半導体スイッチのオフ機能喪失故障
時の出力電圧変動を無停電電源装置給電状態に保ったま
まの場合より小さくすることができる。

【００１８】

【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。図２と同一
構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

【００１９】81〜8nは無停電電源装置のインバータ部の
半導体スイッチのオフ機能喪失を検出するための検出器
である。

【００２０】９は、前記検出器81〜8nの出力を論理的に
合成し、その出力を全無停電電源装置へ送ると共に予備
電源の開閉装置４へも送って、全無停電電源装置を停止
すると同時に、予備電源給電とするための信号を出力す
る論理回路である。

【００２１】ここで、半導体スイッチのオフ機能喪失と
は、結果的に半導体スイッチがオフ不能になる要因を全
て含むもので、前記の半導体スイッチの短絡破損ばかり
でなく、制御回路側の故障に起因する異常なオン信号に
よるものとか、接触不良によるもの、また反対に導電部
間の接触によるものなどによるオフ機能の喪失も含まれ
る。

【００２２】半導体スイッチのオフ機能喪失を検出する
方法は、半導体スイッチ両端の電圧と制御信号を比較す
るとか、半導体スイッチの電流を検出するとか、直流電
源に接続されている（電解）コンデンサの電流を測定す
るか、あるいはこれらを組み合わせることで実現が可能
である。

【００２３】

【発明の効果】無停電電源装置のインバータ部の半導体
スイッチのオフ機能の喪失となる故障を検出し、この故
障で全無停電電源装置を停止すると同時に予備電源給電
に切り換えることで、健全機から故障機への故障電流の
流れ込みを防止し、予備電源から故障機への電流の流入
はあるものの、電流容量の大きい予備電源で負荷給電す
ることにより、負荷端電圧の変動を低減することができ
る。

【００２４】従って、従来方式では電圧変動により停止
してしまった負荷も、安定な運転を継続することができ
る可能性が極めて高くなり、その波及効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】無停電電源装置の並列冗長運転が行われ、且つ
無停電電源給電と予備電源給電とが無瞬断で行われる、
本発明の無停電電源システムの一実施例の主回路図であ
る。

【図２】無停電電源装置の並列冗長運転が行われ、且つ
無停電電源給電と予備電源給電とが無瞬断で行われる、
従来の無停電電源システムの一例の主回路図である。

【図３】無停電電源装置のインバータ回路の一例を示す
回路図である。

【符号の説明】

11, 12, …, 1n 無停電電源装置 21, 22, …, 2n 無停電電源装置の出力開閉器、ここで
は遮断器 ３ 予備電源 ４ 予備電源の開閉装置 ５ 負荷 ６ 無停電電源装置の交流入力を直流に変換した直流電
源 71〜76 半導体スイッチ 81〜8n 半導体スイッチのオフ機能喪失を検出するため
の検出器 ９ 半導体スイッチオフ機能喪失検出器の出力を論理的
に合成する論理回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】並列冗長運転される複数台の無停電電源装
   置と予備電源とを有し、これらいずれか一方から負荷へ
   電力を供給する無停電電源システムにおいて、 各無停電電源装置のインバータ部の半導体スイッチのオ
   フ機能喪失を検出する手段を設け、いずれかの無停電電
   源装置の半導体スイッチのオフ機能が喪失した時には、
   全無停電電源装置を停止すると共に、無停電電源装置給
   電から予備電源給電に切り換え、前記無停電電源装置の
   半導体スイッチのオフ機能が喪失した以外の故障時には
   当該故障無停電電源装置のみを並列冗長運転から切り離
   し、残った健全な無停電電源装置の並列運転により負荷
   への給電を継続することを特徴とする無停電電源システ
   ム。