JPH07281767A - 冗長化対応電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２重化された供給電源の電気的安定性、機器
的寿命延長を実現するものである。 【構成】 通常運転時の常用電源１は、電圧検出回路15
および制御回路16およびパワードライブ回路７の働きに
より、負荷14が必要とする出力電圧13と常用出力電圧11
とが同じ値になるように常用出力電圧11を調節し、出力
している。このとき、非常用電源２は、常用出力電圧検
出回路21で常用出力電圧11を検出し、この検出された常
用出力電圧11からオフセット電圧発生回路23により設定
されたオフセット電圧26を引いたオフセット電圧値24を
制御回路16に出力し、制御回路16は非常用出力電圧12が
オフセット電圧値24と同じ値になるように、パワードラ
イブ回路７を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、異種の電源装置を冗長
化して使用する冗長化対応電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の発電設備、特に原子力発電所のよ
うな高い安全性を要求される発電設備では、常用系の電
源喪失が発生しても負荷の電源が喪失しないように、非
常用の電源設備で電源を確保する冗長化対応電源装置が
一般的である。

【０００３】従来の原子力発電所の冗長化対応電源装置
構成を図３に示す。常用電源１と非常用電源２を備え、
常用電源１は常用母線３より電源を供給され、非常用電
源２は非常用母線４より電源を供給されている。

【０００４】常用電源１と非常用電源２の内部回路は、
入力フィルタ回路５、入力整流平滑回路６、パワードラ
イブ回路７、トランス８、出力整流平滑回路９、ダイオ
ード10より構成される。

【０００５】入力フィルタ回路５は、常用母線３および
非常用母線４からの電源電圧に乗ってくるノイズ成分を
低減する機能を持つ。例えば、電源装置の１次側に接続
される１次ラインの他の負荷が高圧・高周波数で動作す
る機器であると、その負荷が動作することにより１次ラ
インに高圧・高周波数のノイズ成分が乗ってしまうこと
になる。

【０００６】入力整流平滑回路６は、交流電源を直流電
源に変換する機能を持つ。パワードライブ回路７は、負
荷14の消費電圧の増減に応じて、トランス８に出力する
電圧を可変とし、負荷14が常に一定の常用出力電圧11ま
たは非常用出力電圧12を供給されるように機能する。

【０００７】トランス８は、一定の比率で１次側電圧を
２次側に有する各種機器に対応した常用出力電圧11また
は非常用出力電圧12電圧に降下させる機能を持つ。出力
整流平滑回路９は、常用出力電圧11または非常用出力電
圧12にノイズ成分が乗らないように除去する機能を持
つ。

【０００８】ダイオード10は、常用電源１または非常用
電源２に逆電圧がかかった際に、常用電源１または非常
用電源２を保護する機能を持つ。制御回路16は、電圧検
出回路15により検出される常用出力電圧11または非常用
出力電圧12に応じてパワードライブ回路７を制御し、出
力電圧13を一定に保つ。

【０００９】従来の原子力発電所の冗長化対応電源装置
の動作を図３により説明する。常用電源１は常用母線３
から、また非常用電源２は非常用母線４から電源を供給
され、それぞれ入力フィルタ回路５で電源に乗ってくる
ノイズを低減し、入力整流平滑回路６により交流電源か
ら直流電源に変換する（尚、非常用母線４が直流母線の
場合は、非常用電源２の入力整流平滑回路６は不要であ
る）。

【００１０】変換された電圧はパワードライブ回路７を
介して、トランス８により降圧され、出力整流平滑回路
９にて整流された後、逆電圧防止用のダイオード10を経
由し、常用電源１よりは常用出力電圧11が、非常用電源
２よりは非常用出力電圧12が取り出され、それぞれ電源
の外部にて突き合わされた後、出力電圧13として負荷14
に供給される。

【００１１】常用電源１の常用出力電圧11が非常用電源
２の非常用出力電圧12より高く設定されているためダイ
オード10の有する機能により、通常運転時は常用電源１
の常用出力電圧11が出力電圧13となっている。

【００１２】また、負荷14が増加し出力電圧13が低下し
た場合は、電圧検出回路15が常用出力電圧11もしくは非
常用出力電圧12の低下を検出し、制御回路16がパワード
ライブ回路７を制御する事により、常用出力電圧11もし
くは非常用出力電圧12が上昇し出力電圧13が一定に保た
れる。さらに、常用電源１や常用母線３の事故により、
常用出力電圧11が喪失した場合には、非常用出力電圧12
単独で出力電圧13をまかなう。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の原子力発電所の
冗長化対応電源装置の構成における非常用母線は、原子
力発電所内の電源喪失を考慮した大容量のバッテリー17
から電源を供給されている。このため非常用母線４の電
圧低下はバッテリー電圧18の低下となる。

【００１４】バッテリー電圧18が低下していると、非常
時に駆動させなければならない補機の電源電圧が不足す
ることとなり、原子力発電所の安全な停止を妨げること
にもなる。

【００１５】このため、原子力発電所を設計する段階で
バッテリー電圧の低下を予想し、バッテリー17を充電す
る充電器19に非常に大きな容量を持たせるか、バッテリ
ー17の数を増やすことで原子力発電所が余裕を持って安
全な停止ができるよう設計している。

【００１６】しかし、充電器19に大きな容量を持たせた
り、バッテリー17の数を増やすことは、バッテリー17や
充電器19の占有面積が増大し、結果として原子力発電所
内の建屋面積を増大させた。

【００１７】また、従来の冗長化対応電源装置は、前述
のバッテリー電圧18の低下を防ぐことを目的とし、常用
母線３につながる常用電源１で負荷を持つよう、非常用
電源２の制御回路16とパワードライブ回路７を手動で調
整し、非常用出力電圧12を常用出力電圧11より一定のオ
フセット分だけ低い電圧にすることにより通常運転時に
は常用出力電圧11を出力電圧13とするため、非常用母線
４の電圧が低下しバッテリー電圧18が低下することを抑
えていた。

【００１８】しかし、従来の冗長化対応電源装置におい
ては、以下のような問題があり、結果としてバッテリー
17の電圧低下は避けられず、その分は全て充電器19に大
きな容量を持たせたり、バッテリー17の数を増やすこと
により、対応していた。

【００１９】原子力発電所内の冗長化対応電源装置全台
に対し、常用電源11を非常用電源12より高い電圧に手動
で調節することは、多大な労力を伴なう為、一度手動調
整を行うとその後再調整することは特別の事情がない限
り行わなかった。

【００２０】しかし、手動調整時の不備や経年劣化等に
より常用出力電圧11と非常用出力電圧12が同じか、また
は非常用出力電圧12の方が高くなることもあり、非常用
電源２が常時負荷を持つ場合が生じる。

【００２１】本発明は、必要なとき以外に、非常用電源
２で出力電圧13を持つことを防ぎ、非常用母線４の電圧
低下を防ぐことにより、バッテリー電圧18の低下を低く
抑え、充電器19やバッテリー17の容量を小さくすること
を目的とする。

【００２２】また、本発明は、充電器19やバッテリー17
の容量を小さくしたことで充電器19やバッテリー17の外
形を小さくし、占有スペースを縮小することにより、建
屋面積を縮小し原子力発電所の大きなスペースダウンを
実現することを目的とする。

【００２３】また、本発明は冗長化された供給電源から
の出力電圧を検出し、この冗長化された供給電源間で出
力電圧の切り替えを行なう際に、ハンチング現象を発生
させないことを実現することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
負荷要求に応じた電気量を供給する２重化された供給電
源と、第１の供給電源から供給される電気量を検出し、
この電気量が設定値以上の場合に、前記第１の供給電源
から供給される電気量から一定量を減算する手段と、減
算手段により求まる偏差量に基づき第２の供給電源から
供給する電気量を制御すると共に、第１の供給電源から
供給される電気量を負荷要求に応じた電気量に制御する
第１の制御手段と、第１の供給電源から供給される電気
量を検出し、この電気量が設定値以下の場合に、第２の
供給電源から供給する電気量を負荷要求に応じた電気量
に制御する第２の制御手段と、第１および第２の供給電
源から供給される各電気量を比較し、大きい電気量を選
択し、負荷に供給する選択手段と、を備えたことを特徴
とする。

【００２５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の冗
長化対応電源装置において、所定の許容量幅を持たせた
設定値としたことを特徴とする前記第１および第２の制
御手段を備えたことを特徴とする。

【００２６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の冗
長化対応電源装置において、所定時間経過後を持って制
御動作を行うことを特徴とする前記第１および第２の制
御手段を備えたことを特徴とする。

【００２７】

【作用】第１および第２の制御手段の働きにより、第１
の供給電源と第２の供給電源から供給される電気量を比
較し、第２の供給電源を第１の供給電源より一定量分だ
け低い値に制御する。

【００２８】また、第１の供給電源の異常により負荷要
求に応じた電気量をまかなえなくなった場合は、第２の
供給電源で負荷要求に応じた電気量をまかない、バック
アップを実現する。

【００２９】また、第１の供給電源と第２の供給電源か
ら供給される電気量の切り替えの際に、所定量幅・所定
時間幅を持たせて切り替えることにより設定値近辺で電
気量がふらついても、第１の供給電源と第２の供給電源
間での切り替わりのハンチング現象が発生しない。

【００３０】

【実施例】以下、本発明による実施例を図を参照して説
明する。図１は、本実施例の冗長化対応電源装置の構成
図を示す。図３に示した従来の冗長化対応電源装置の非
常用電源２の構成に自動オフセット回路20（常用出力電
圧検出回路21、不足電圧検出回路22、オフセット電圧発
生回路23、オフセット電圧値24、オフセット禁止信号2
5、オフセット電圧26）を備えるものである。図３と同
一符号に関しては、同一機能を有するものでありここで
の説明は省略する。

【００３１】常用出力電圧検出回路21は、常用出力電圧
11を監視する機能を持つ。不足電圧検出回路22は、常用
出力電圧検出回路21で監視される常用出力電圧11が制御
切り替えを行う電圧設定値以下を検出した場合に、オフ
セット禁止信号25を出力する。

【００３２】また、不足電圧検出回路22は、所定のリセ
ットスパンを持って常用出力電圧11が制御切り替え用の
常用電圧設定値以上を検出した場合に、オフセット禁止
信号25の出力を停止する。

【００３３】オフセット電圧発生回路23は、オフセット
禁止信号25が出力されると出力指定する一定のオフセッ
ト電圧26の出力を停止する。減算器27は、オフセット禁
止信号25の出力が無い場合に常用出力電圧11よりオフセ
ット電圧26を減算し、オフセット電圧値24を出力する。

【００３４】制御回路16´は、不足電圧検出回路22によ
りオフセット禁止信号25が出力される場合には電圧検出
回路15からの非常用出力電圧12に基づきパワードライブ
回路７を制御する。また、不足電圧検出回路22によりオ
フセット禁止信号25が出力されない場合には電圧検出回
路15からのオフセット電圧値24に基づきパワードライブ
回路７を制御する。

【００３５】以下、本実施例の動作を図２のタイムチャ
ートを参照して説明する。本実施例によれば、通常運転
時の常用電源１は、電圧検出回路15および制御回路16´
およびパワードライブ回路７の働きにより、負荷14が必
要とする出力電圧13と常用出力電圧11とが同じ値になる
ように常用出力電圧11を調節し、出力している。

【００３６】そして、時刻Ｔａ〜時刻Ｔｂ間、常用出力
電圧11は若干所定幅で変動するが制御切り替えを行う電
圧設定値（図では動作値に該当するもの。）以下となっ
ていないため、自動オフセット回路20により非常用電源
２は、常用出力電圧検出回路21で常用出力電圧11を検出
し、この検出された常用出力電圧11からオフセット電圧
発生回路23により設定されたオフセット電圧26を引いた
オフセット電圧値24を制御回路16に出力し、制御回路16
は非常用出力電圧12がオフセット電圧値24と同じ値にな
るように、パワードライブ回路７を駆動する。

【００３７】前述の動作により、人間系で調整を必要と
しなくても自動的に常用電源１により出力電圧13を供給
し、非常用電源２は出力電圧13を持たなくなる。また、
本実施例によれば負荷14が短時間増加した事により常用
出力電圧11が短時間低下しても、非常用出力電圧12は自
動オフセット回路20の働きにより常用出力電圧11の変動
に応じて一定オフセット分下がるため、短時間の負荷14
増加が発生しても出力電圧13として常用電源１からの常
用出力電圧11が使用されるため非常用母線４の電圧が低
下する事は解消される。すなわち、時刻Ｔｂまでは、常
用出力電圧12を出力電圧13として使用する。

【００３８】また、時刻Ｔｂに常用母線３および常用電
源１の異常により常用出力電圧11が低下し出力電圧13を
まかなうことができなくなった場合には、不足電圧検出
回路22が常用出力電圧11の制御切り替え用の電圧設定値
以下（図では動作値に該当するもの。）を検出し、オフ
セット電圧発生回路23と制御回路16にオフセット禁止信
号25を出力する。

【００３９】この動作により、オフセット電圧発生回路
23の働きが止まり、オフセット電圧26が出力されなくな
る。また、オフセット禁止信号25を入力した制御回路16
´は、オフセット電圧値24の入力を停止し、出力電圧13
と非常用出力電圧12が同じ値になるようにパワードライ
ブ回路７を制御する。すなわち、時刻Ｔｂ〜時刻Ｔｃ間
は非常用出力電圧12を出力電圧13として使用する。

【００４０】上記働きにより、従来からの機能である常
用電源のバックアップを行う。さらに、常用出力電圧11
が制御切り替え用の常用出力電圧11近辺で変動しても、
不足電圧検出回路22に制御上問題ない一定のリセットス
パンを有しているため、常用電源１と非常用電源２で切
り替わりのハンチング現象・不要な動作が発生すること
がない。

【００４１】例えば、時刻Ｔｃにおいて常用出力電圧11
が徐々に回復し、動作値以上になっても出力電圧13とし
て非常用出力電圧12から常用出力電圧11にすぐ切り替え
るのでなく、図示されている復帰値・一定のリセットス
パンの経過後切り替えるようにする。なお、ここでは一
定のリセットスパンとして所定の電気量としたが、動作
値以上が検出されてから所定時間経過後に切り替えるよ
うにしても良い。

【００４２】そして、再度、時刻Ｔａ〜時刻Ｔｂ間で行
われる動作と同様な動作を行う。以上に示したように本
実施例は、バッテリー電圧18の低下を防ぎ、バッテリー
17と充電器19を低容量にすることが可能である。

【００４３】このため、充電器19とバッテリー17をコン
パクトにする事ができ、建屋面積を縮小し原子力発電所
の大きなスペースダウンを実現する。また、常用電源１
と非常用電源２で切り替わりのハンチング現象が発生し
ないため、常用母線３と非常用母線４及び常用電源１と
非常用電源２にあたえる機器的及び電気的衝撃を緩和す
ることができ、常用母線３、非常用母線４の電気的安定
性、及び常用電源１、非常用電源２の機器的寿命延長を
実現できる。

【００４４】また、原子力発電所以外の発電設備におい
ても、常用系と非常用系の２系統を持ち、非常用系がバ
ッテリー17で構成されている場合、本発明を実現するこ
とにより、バッテリー17や充電器19の容量を小さくする
ことができ、また常用母線３、非常用母線４の電気的安
定性、及び常用電源１、非常用電源２の機器的寿命延長
を実現できる。

【００４５】

【発明の効果】発電設備における、電源装置のメンテナ
ンス項目を減らし、かつ充電器設備をコンパクトにする
ことで、充電器の占有スペースを縮小し、スペースの有
効活用が可能である。また、冗長化された供給電源へ電
源を供給する供給母線の電気的安定性、及び冗長化され
た供給電源の機器的寿命延長を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の冗長化対応電源装置の構成図。

【図２】電源電圧の動作を示すタイムチャート。

【図３】従来の冗長化対応電源装置の構成図。

【符号の説明】

１…常用電源 ２…非常用電源 ３…常用母線 ４…非常用母線 ５…入力フィルタ回路 ６…入力整流平滑回路 ７…パワードライブ回路 ８…トランス ９…出力整流平滑回路 10…ダイオード 11…常用出力電圧 12…非常用出力電圧 13…出力電圧 14…負荷 15…電圧検出回路 16，16´…制御回路 17…バッテリー 18…バッテリー電圧 19…充電器 20…自動オフセット回
路 21…常用出力電圧検出回路 22…不足電圧検出回路 23…オフセット電圧発生回路 24…オフセット電圧値 25…オフセット禁止信号 26…オフセット電圧 27…減算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷要求に応じた電気量を供給する２重
   化された供給電源と、 前記第１の供給電源から供給される電気量を検出し、こ
   の電気量が設定値以上の場合に、前記第１の供給電源か
   ら供給される電気量から一定量を減算する減算手段と、 前記減算手段により求まる偏差量に基づき前記第２の供
   給電源から供給する電気量を制御すると共に、前記第１
   の供給電源から供給される電気量を負荷要求に応じた電
   気量に制御する第１の制御手段と、 前記第１の供給電源から供給される電気量を検出し、こ
   の電気量が設定値以下の場合に、前記第２の供給電源か
   ら供給する電気量を負荷要求に応じた電気量に制御する
   第２の制御手段と、 前記第１および第２の供給電源から供給される各電気量
   を比較し、大きい電気量を選択し、負荷に供給する選択
   手段と、 を備えたことを特徴とする冗長化対応電源装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の冗長化対応電源装置にお
   いて、所定の許容量幅を持たせた設定値としたことを特
   徴とする前記第１および第２の制御手段を備えたことを
   特徴とする冗長化対応電源装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の冗長化対応電源装置にお
   いて、所定時間経過後を持って制御動作を行うことを特
   徴とする前記第１および第２の制御手段を備えたことを
   特徴とする冗長化対応電源装置。