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技術 無停電電源システム

出願人 東芝三菱電機産業システム株式会社
発明者 大塚淳
出願日 2015年2月5日 (5年10ヶ月経過) 出願番号 2015-021202
公開日 2016年8月8日 (4年4ヶ月経過) 公開番号 2016-144379
状態 特許登録済
技術分野 予備電源装置 交流の給配電 電池等の充放電回路
主要キーワード バイパス入力 並列冗長 停電直後 交流入力回路 給電継続 装置定格 故障停止 省エネ量
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

解決手段

交流電源14の交流直流に変換して出力する順変換器3と、3の直流を交流に変換して負荷24に供給する逆変換器4と、14が停電時に4に直流を供給するための回路と、14と3と4とからなる交流回路故障した場合に別電源16により24に給電を継続させるためのバイパス回路13と、13に無瞬断切り換えるための無瞬断切換回路5を備えたUPS1と、前記回路に電力を供給するリチウム電池11と、14が正常であって、11が放電可能な状態のとき、14と3と4とからなる交流回路により負荷24に電力を供給するのを止め、11と6と4とからなる直流回路からの電力を、11の電圧設定電圧以下になるまでの間、24に供給する制御装置30を備えた無停電電源システム。

概要

背景

従来から、瞬間的な停電も許されないコンピュータ等の重要負荷電源として無停電電源装置(以下単にUPSと称する)が用いられており、更に365日24時間通常の運用並びに点検時にも、UPSによる連続給電が求められる場合に於いては、UPSを複数台並列運転して構成する並列冗長無停電電源システム信頼性の高いシステムとして用いられている。

概要

商用交流電源省エネルギー化がれる無停電電源システムを得る。交流電源14の交流直流に変換して出力する順変換器3と、3の直流を交流に変換して負荷24に供給する逆変換器4と、14が停電時に4に直流を供給するための回路と、14と3と4とからなる交流回路故障した場合に別電源16により24に給電を継続させるためのバイパス回路13と、13に無瞬断切り換えるための無瞬断切換回路5を備えたUPS1と、前記回路に電力を供給するリチウム電池11と、14が正常であって、11が放電可能な状態のとき、14と3と4とからなる交流回路により負荷24に電力を供給するのを止め、11と6と4とからなる直流回路からの電力を、11の電圧設定電圧以下になるまでの間、24に供給する制御装置30を備えた無停電電源システム。

目的

本実施形態は、常に充放電可能な電池直流エネルギーを有効活用することができ、かつ商用交流電源が正常時にも入力容量が低減でき、これによって全体として省エネルギーを図ることができる無停電電源システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

商用交流電源から入力される交流電力直流電力に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する逆変換器と、前記商用交流電源が正常なとき前記順変換器からの直流電力を入力し、かつ前記商用交流電源が停電時に前記逆変換器に直流電力を出力する直流電力入出力部とを備えた無停電電源装置と、前記各直流電力入出力部からの直流電力によって充電し、かつ前記各直流電力入出力部に放電するものであって1秒から10分の充放電特性を有する電池と、 前記商用交流電源が正常であって、前記電池が放電可能な状態のとき、前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路運転により前記負荷に電力を供給するのを止め、前記電池の電圧設定電圧以下になるまでの間、前記電池と前記直流電力入出力部と前記逆変換器とからなる直流回路の運転により前記負荷に電力を供給する制御装置を備えたことを特徴とする無停電電源システム

請求項2

商用交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する逆変換器と、前記商用交流電源が正常なとき前記順変換器からの直流電力を入力し、かつ前記商用交流電源が停電時に前記逆変換器に直流電力を出力する直流電力入出力部と、前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路が万一故障した場合に別電源により前記負荷に給電を継続させるためのバイパス回路並びに前記バイパス回路に無瞬断切り換えるための無瞬断切換回路を備えた無停電電源装置と、前記直流電力入出力部からの直流電力によって充電し、かつ前記直流電力入出力部に放電するものであって1秒から10分の充放電特性を有する電池と、 前記商用交流電源が正常であって、前記電池が放電可能な状態のとき、前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路の運転により前記負荷に電力を供給するのを止め、前記電池の電圧が設定電圧以下になるまでの間、前記電池と前記直流電力入出力部と前記逆変換器とからなる直流回路の運転により前記負荷に電力を供給する制御装置を備えたことを特徴とする無停電電源システム。

請求項3

商用交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する逆変換器と、前記商用交流電源が正常なとき前記順変換器からの直流電力を入力し、かつ前記商用交流電源が停電時に前記逆変換器に直流電力を出力する直流電力入出力部とを備えた少なくとも2台の無停電電源装置と、前記各直流電力入出力部からの直流電力によって充電し、かつ前記各直流電力入出力部に放電するものであって1秒から10分の充放電特性を有する少なくとも2個の電池と、 前記商用交流電源が正常であって、前記無停電電源装置のうちの1台に対応した前記電池が放電可能な状態のとき、前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路の運転により前記負荷に電力を供給するのを止め、前記電池の電圧が設定電圧以下になるまでの間、前記電池と前記直流電力入出力部と前記逆変換器とからなる直流回路の運転により前記負荷に電力を供給する制御装置を備えたことを特徴とする無停電電源システム。

請求項4

商用交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する逆変換器と、前記商用交流電源が正常なとき前記順変換器からの直流電力を入力し、かつ前記商用交流電源が停電時に前記逆変換器に直流電力を出力する直流電力入出力部と、前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路が万一故障した場合に別電源により前記負荷に給電を継続させるためのバイパス回路並びに前記バイパス回路に無瞬断で切り換えるための無瞬断切換回路を備えた少なくとも2台の無停電電源装置と、前記各直流電力入出力部からの直流電力によって充電し、かつ前記各直流電力入出力部に放電するものであって1秒から10分の充放電特性を有する電池と、 前記商用交流電源が正常であって、前記無停電電源装置のうちの1台に対応した前記電池が放電可能な状態のとき、前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路の運転により前記負荷に電力を供給するのを止め、前記電池の電圧が設定電圧以下になるまでの間、前記電池と前記直流電力入出力部と前記逆変換器とからなる直流回路の運転により前記負荷に電力を供給する制御装置を備えたことを特徴とする無停電電源システム。

請求項5

少なくとも第1及び第2の無停電電源装置を並列接続して負荷に電力を供給するものであり、前記各無停電電源装置は、商用交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する逆変換器と、前記商用交流電源が正常なとき前記順変換器からの直流電力を入力し、かつ前記商用交流電源が停電時に前記逆変換器に直流電力を出力する直流電力入出力部とを備えたものであり、前記各直流電力入出力部からの直流電力によって充電し、かつ前記各直流電力入出力部に放電するものであって1秒から10分の充放電特性を有する電池と、 前記各無停電電源装置毎に前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路の運転及び前記電池と前記直流電力入出力部と前記逆変換器とからなる直流回路の運転を切換えて行うものであって、前記第1の無停電電源装置は、前記直流回路の運転中に、該当する商用交流電源が停電した場合に、前記該当する直流回路を開路すると共に、前記第2の無停電電源装置に供給される商用交流電源からの交流電力を該当する順変換器を介して該当する前記電池を充電し、前記該当する電池の充電後前記第1の無停電電源装置の直流回路を閉路し、これにより前記第2の無停電電源装置で前記負荷に電力を供給するようにし、前記第1及び第2の無停電電源装置の運転を切換える制御装置を備えたことを特徴とする無停電電源システム。

請求項6

少なくとも第1及び第2の無停電電源装置を並列接続して負荷に電力を供給するものであり、前記各無停電電源装置は、商用交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する逆変換器と、前記商用交流電源が正常なとき前記順変換器からの直流電力を入力し、かつ前記商用交流電源が停電時に前記逆変換器に直流電力を出力する直流電力入出力部と、前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路が故障した場合に別電源により前記負荷に給電を継続させるためのバイパス回路並びに前記バイパス回路に無瞬断で切り換えるための無瞬断切換回路を備えたものであり、前記各直流電力入出力部からの直流電力によって充電し、かつ前記各直流電力入出力部に放電するものであって1秒から10分の充放電特性を有する電池と、 前記各無停電電源装置毎に前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路の運転及び前記電池と前記直流電力入出力部と前記逆変換器とからなる直流回路の運転を切換えて行うものであって、前記第1の無停電電源装置は、前記直流回路の運転中に、該当する商用交流電源が停電した場合に、前記該当する直流回路を開路すると共に、前記第2の無停電電源装置に供給される商用交流電源からの交流電力を該当する順変換器を介して該当する前記電池を充電し、前記該当する電池の充電後前記第1の無停電電源装置の直流回路を閉路し、これにより前記第2の無停電電源装置で前記負荷に電力を供給するようにし、前記第1及び第2の無停電電源装置の運転を切換える制御装置を備えたことを特徴とする無停電電源システム。

請求項7

少なくとも第1、第2、第3の無停電電源装置を並列接続して負荷に電力を供給するものであり、前記各無停電電源装置は、商用交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する逆変換器と、前記商用交流電源が正常なとき前記順変換器からの直流電力を入力し、かつ前記商用交流電源が停電時に前記逆変換器に直流電力を出力する直流電力入出力部とを備えたものであり、前記各直流電力入出力部からの直流電力によって充電し、かつ前記各直流電力入出力部に放電するものであって1秒から10分の充放電特性を有する電池と、 前記各無停電電源装置毎に前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路の運転及び前記電池を含む前記直流電力入出力部と前記逆変換器とからなる直流回路の運転を切換えて行うものであって、前記第1、第2、第3の無停電電源装置のうちの前記第1の無停電電源装置は、前記直流回路の運転中に、該当する商用交流電源が停電した場合に、一旦前記電池を充電後に他の無停電電源装置と並列接続させるように制御したものは、前記第2の無停電電源装置と前記電池の直流電圧を合わせるように、負荷容量の分担量を制御することにより、後から並列接続された前記第3の無停電電源装置と停電直後から前記電池からの直流運転を行なう前記第2の無停電電源装置の前記電池の電圧を合わせることで、各無停電電源装置の停電時の運転時間である、直流電圧低下に至る時間を合わせることが可能な制御装置を備えたことを特徴とする無停電電源システム。

請求項8

少なくとも第1、第2、第3の無停電電源装置を並列接続して負荷に電力を供給するものであり、前記各無停電電源装置は、商用交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する逆変換器と、前記商用交流電源が正常なとき前記順変換器からの直流電力を入力し、かつ前記商用交流電源が停電時に前記逆変換器に直流電力を出力する直流電力入出力部と、前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路が故障した場合に別電源により前記負荷に給電を継続させるためのバイパス回路並びに前記バイパス回路に無瞬断で切り換えるための無瞬断切換回路とを備えたものであり、前記各直流電力入出力部からの直流電力によって充電し、かつ前記各直流電力入出力部に放電するものであって1秒から10分の充放電特性を有する電池と、 前記各無停電電源装置毎に前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路の運転及び前記電池を含む前記直流電力入出力部と前記逆変換器とからなる直流回路の運転を切換えて行うものであって、前記第1、第2、第3の無停電電源装置のうちの前記第1の無停電電源装置は、前記直流回路の運転中に、該当する商用交流電源が停電した場合に、一旦前記電池を充電後に他の無停電電源装置と並列接続させるように制御したものは、前記第2の無停電電源装置と前記電池の直流電圧を合わせるように、負荷容量の分担量を制御することにより、後から並列接続された前記第3の無停電電源装置と停電直後から前記電池からの直流運転を行なう前記第2の無停電電源装置の前記電池の電圧を合わせることで、各無停電電源装置の停電時の運転時間である、直流電圧低下に至る時間を合わせることが可能な制御装置を備えたことを特徴とする無停電電源システム。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、停電時のバッアップ電源として用いられる無停電電源装置(以下UPSと称する)を例えば複数台並列運転して構成する無停電電源システムに関する。

背景技術

0002

従来から、瞬間的な停電も許されないコンピュータ等の重要負荷の電源として無停電電源装置(以下単にUPSと称する)が用いられており、更に365日24時間通常の運用並びに点検時にも、UPSによる連続給電が求められる場合に於いては、UPSを複数台並列運転して構成する並列冗長の無停電電源システムが信頼性の高いシステムとして用いられている。

先行技術

0003

特開2008−167555号公報
特開2011−223731号公報
特開2008−172864号公報

発明が解決しようとする課題

0004

以上のように構成された並列冗長の無停電電源システムは、各UPSに備えている蓄電池直流エネルギー商用交流電源が停電した場合のみに使用されるため、停電や電圧変動の少ない地域では蓄電池の直流エネルギーを使うケースが少なく、ほとんど使用しないまま寿命に至るという問題があった。

0005

また、商用交流電源が正常な場合の入力容量は全て商用交流電源から供給されるため省エネルギーが図られていないという問題があった。

0006

本実施形態は、常に充放電可能な電池の直流エネルギーを有効活用することができ、かつ商用交流電源が正常時にも入力容量が低減でき、これによって全体として省エネルギーを図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。

課題を解決するための手段

0007

実施形態1は、商用交流電源から入力される交流電力直流電力に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する逆変換器と、前記商用交流電源が正常なとき前記順変換器からの直流電力を入力し、かつ前記商用交流電源が停電時に前記逆変換器に直流電力を出力する直流電力入出力部と、前記商用交流電源と前記順変換器と前記逆変換器とからなる交流回路が万一故障した場合に別電源により前記負荷に給電を継続させるためのバイパス回路並びに前記バイパス回路に無瞬断切り換えるための無瞬断切換回路を備えた少なくとも1台の無停電電源装置と、前記直流電力入出力部からの直流電力によって充電し、かつ前記直流電力入出力部に放電するものであって1秒から10分の充放電特性を有する電池と、前記商用交流電源が正常であって、前記電池が放電可能な状態のとき、前記交流回路により前記負荷に電力を供給すると共に、前記電池と前記直流電力入出力部と前記逆変換器とからなる直流回路からの電力を、前記電池の電圧設定電圧以下になるまでの間、前記負荷に供給し、且つ前記商用交流電源から前記負荷側に供給する電力を、前記電池から前記負荷側に供給されている電力分だけ減らして供給する制御装置を備えた停電電源システムである。

0008

実施形態1によれば、決められた1台のUPSを商用交流電源が正常時にも通常の交流運転と電池を直流エネルギーとした直流運転を切換えて運転させるようにしたことで、入力交流電力の低減による省エネルギーを図ることができる。

0009

又、1台のUPSが直流運転中に停電が発生した場合にこのUPSは、電池を急速充電した後に、他のUPSとの並列運転が可能なように接続することにより、従来システムと同様の停電補償時間を満足することもできる。

図面の簡単な説明

0010

実施形態1の無停電電源システムの系統図。
図1のUPS1Aが交流運転モードのときの給電説明図。
図1のUPS1Aが直流運転モードのときの給電説明図。
従来の無停電電源システムにおける交流電源正常時の入力容量を説明するための図。
図1の無停電電源システムにおける交流入力正常時の省エネ量優先運転状態を説明するための図。
図1の無停電電源システムにおける交流入力正常時の省エネ時間優先運転状態を説明するための図。
実施形態2の無停電電源システムの系統図。
図2の無停電電源システムにおける商用交流電源が無停電のときの動作フローチャート
実施形態3の無停電電源システムにおける電池電圧合わせを説明するための図。

実施例

0011

以下、実施形態について図面を参照して説明するが、始めに図1図5を参照して実施形態1について説明する。実施形態1の無停電電源システムは、少なくとも2台例えば3台のUPS1A、1B、1Cを備えたものであるが、このうちのUPS1Aは交流入力回路15Aとバイパス入力回路17A及びUPS出力回路19Aを有し、残りのUPS1B、1Cも同様に構成されている。と、並列出力盤20と、制御装置30Aからなる。このうち、UPS1Aは以下のように構成されている。

0012

UPS1Aは商用交流電源14Aから入力される交流電力を交流入力回路15Aを介して直流電力に変換して出力する順変換器3Aと、順変換器3Aからの直流電力を交流電力に変換する逆変換器4Aと、この逆変換された交流電力を逆変換器側変圧器29A、逆変換器側機械スイッチ(逆変換器側コンタクタ)7Aを介してUPS出力回路19Aに供給するようになっており、これを並列用コンタクタ21A、システム出力回路23を介して負荷24に供給するようになっている。また交流電源14Aが正常なとき順変換器3Aからの直流電力を入力し、かつ交流電源14Aが停電時に逆変換器4Aに直流電力を出力する直流入力遮断器6Aを含む直流電力入出力部と、順変換器3Aからの直流電力を前記直流電力入出力部を介して供給して充電し、かつ前記直流電力入出力部を介して放電するものであって、1秒から10分、望ましくは数秒から数分の充放電特性を有する電池例えばリチウム電池11Aと、交流電源14Aと順変換器3Aと逆変換器4Aとからなる交流回路が万一故障した場合に別電源である、バイパス入力電源16Aからの交流電力をバイパス入力回路17Aに入力し、この交流電力をバイパス入力遮断器12Aを介してバイパス回路13Aに入力すると共にバイパス側機械スイッチ(バイパス側コンタクタ)9Aを介してUPS出力回路19Aに供給するようになっており、UPS出力回路19Aに供給される電力を、前述と同様に並列用コンタクタ21A、システム出力回路23を介して負荷24に供給するようになっている。前述のバイパス側機械スイッチ9Aに並列にバイパス側半導体スイッチ8Aが接続され、これらと逆変換器側機械スイッチ7Aは、ハイブリットの無瞬断切換回路5Aを構成している。

0013

以上述べた構成は、UPS1Aの構成であるが、UPS1B、UPS1Cも同様に構成されている。UPS1A、UPS1B、UPS1Cの出力側と負荷24の間をUPS出力回路19A、19B、19Cと並列用コンタクタ21A、21B、21Cとシステム出力回路23により接続し、並列用コンタクタ21A、21B、21Cは並列母線22により共通に接続され並列出力盤20内に収納されている。

0014

制御装置30Aは、図示しない停電検出手段からの停電検出信号が存在しないとき、すなわち交流電源14Aが正常のときであって、図示しない充電検出手段により例えば満充電が検出されたとき、すなわち電池11Aが放電可能な状態のとき、交流電源14Aと順変換器3Aと逆変換器4Aとからなる交流回路により負荷24に電力を供給するすると共に、電池11Aと逆変換器4Aとからなる直流回路からの電力を、電池11Aの電圧が設定電圧以下になるまでの間、負荷24に供給するように制御動作を行う。制御装置30Aは、交流電源14Aから負荷24側に供給する電力を通常の並列冗長無停電電源装置としての制御動作、具体的にはバイパス入力用遮断器12A、逆変換器側機械スイッチ7A、バイパス側機械スイッチ9A、並列用コンタクタト21Aの開閉動作制御を行うことは言うまでもない。

0015

以上述べた構成は、UPS1Aに対応する制御装置30Aであり、UPS1B、1Cに対応する制御装置30B、30Cも同様な制御動作を行うようになっている。

0016

図1に於いて、例えば交流電源14Aから入力される交流電力は、交流入力回路15A、交流入力遮断器2Aを介して順変換器3Aで直流に変換され、さらに逆変換器4Aで再び交流に逆変換されて無瞬断切換回路5A、UPS出力回路19A、システム出力回路23を介して、常に負荷24に供給される。

0017

その一方で、順変換器3Aの出力である直流電力は、直流入力遮断器6Aが閉路することで電池11Aに供給され、電池11Aが充電されることで直流エネルギーが蓄えられる。

0018

交流電源14Aに停電が生ずる(交流入力回路15Aが停電する)と、制御装置30により直流入力遮断器6Aが閉路されるので、電池11Aに充電された直流エネルギーが直流入力遮断器6Aを介して逆変換器4Aに供給され、ここで変換される交流電力は逆変換器側変圧器29A、逆変換器側機械スイッチ7A、UPS出力回路19A、システム出力回路23を介して負荷24に連続して供給することができる。

0019

なお、直流入力遮断器6Aは電池11Aが充電されていなく、交流電源14Aが正常なとき電池11Aを充電する際に、制御装置30により閉路される。

0020

また、順変換器3A並びに逆変換器4Aに万一故障が発生した場合にも、以下のような構成により負荷24に対して連続したシステム出力を得ることができる。すなわち、交流入力回路15Aとは別の交流電源16Aからの交流電力を、バイパス入力回路17A、バイパス入力遮断器12A、バイパス回路13A、バイパス側機械スイッチ9A、バイパス側半導体スイッチ8A、UPS出力回路19A、システム出力回路23を介して負荷24に供給可能である。

0021

次に、図1の並列冗長の無停電電源システムの動作について説明する。UPS1A、1B、1Cの各々が、例えば300kVAの容量で構成される場合で、システム容量が例えば600kVAであるとすると、負荷24を均等に分担して出力する場合には、UPS1台当り200kVAとなる。

0022

ここで、従来の並列冗長の無停電電源システムでは交流電源14A、14B、14Cが正常時には全てのUPS1A、1B、1Cの交流電源14A、14B、14Cから負荷24に対して電力が供給されていたが、直流電源例えば蓄電池からの直流エネルギーが利用されていなかった。図4は、従来の無停電電源システムにおいて、交流電源が正常時のシステムの入力容量を示したもので、例えば300kVAのUPSが3台構成による600kVAのシステム容量の例である。なお、この場合、交流運転を継続するため、効率、力率等を無視した例である。

0023

これに対し、前述した実施形態1では、UPS1Aの交流電源14Aが正常時には図2の矢印の経路で運転する通常の交流運転と、図3の矢印の経路による電池11Aによる直流運転を切換えた運転モードとすることにより、電池11Aからの直流運転時にはこのUPS1Aの入力容量はゼロとなり、図5に示すように例えば10分間だけ600kVAから400kVAに入力容量の低減が図れる。上記無停電電源システムの例ではUPS1Aが電池11Aによる直流運転をしている場合の入力容量は他の2台のUPS1B、1Cの入力容量分のみとなり400kVAとなる。

0024

電池11、11B、11Cによる直流運転は電池電圧が設定電圧に低下するまで(故障停止に至る前の電圧)継続される。負荷容量が多いと電池電圧の下がり方も早いことから、例えば各UPSの負荷分担容量を均等ではなく、UPS1Aのみを少なくした運転方法とすれば、入力容量の低減量は少なくなるが電池による直流運転の時間、つまり省エネルギー効果の期間を長くすることができる。

0025

図6は、省エネルギー時間優先運転を行った場合の入力容量の変化を示すもので、図1における各UPS1A、1B、1Cの負荷24を均等ではなく、例えばUPS1Aのみの負荷を少なくした場合で、例えば上記の例でUPS1Aの負荷容量を100kVA、UPS1B、1Cの入力容量をそれぞれ250kVAとした運転とすれば、入力容量の低減率は少なくなるが、電池11による直流運転の時間、つまり省エネルギー効果の期間を長くすることができる。

0026

図7及び図8は実施形態2を説明するためのもので、図7はシステムの構成図であり、図8図7の動作を説明するためのフローチャートである。実施形態1では、UPS1Aは交流電源14Aが正常時には通常の交流運転の他に電池11Aによる直流運転を切換えた運転モードとすることにより、直流運転中はUPS1Aは交流電源14Aからの入力容量がゼロとなることで、省エネルギーが図られることを述べた。

0027

ところが、実施形態1において、電池11Aによる直流運転中に万一交流電源14Aに停電が発生した場合に、既にUPS1Aは電池11Aの直流エネルギーを使用しているためUPS1Aの運転時間が短くなることが考えられる。

0028

このため、実施形態2ではこれを改善するため、図7に示すようにUPS1Aの交流入力回路15Aには入力遮断器25Aを直列に接続し、またUPS1B、UPS1Cの出力電圧をそれぞれ印加できるように、次のように構成したものである。

0029

UPS1B、UPS1Cの出力側と、交流入力回路15Aと交流入力遮断器2Aの間に入力遮断器25A、25Bが接続されている。

0030

これにより、万一交流電源14Aに停電が発生した場合には、制御装置30Aにおいて停電前にUPS1Aが電池11Aによる直流運転モードで運転中かどうかが判断される(S1)。S1において、直流運転モードと判断された場合には負荷24へは残りのUPS1B、1Cの出力である交流電力により給電を継続するとともに(並列冗長UPSシステムであるためUPS1台が無くてもシステム負荷容量に対して供給できる)(S2)。この後UPS1Aは一旦逆変換器側コンタクタ7Aが開路され、並列運転から切り離される(S3)。

0031

このように構成することで、UPS1Aの交流入力回路15Aには、UPS1B、UPS1Cの出力である交流電力が供給されるようになるので、UPS1Aの交流入力は供給されており、これによる交流入力は順変換器3Aで直流に変換された直流エネルギーにより電池11Aが急速例えば数秒で充電される(S4)。電池11Aの充電が完了(S5)すると、コンタクタ7Aが閉路され(S6)、入力遮断器25A、25Bが開路される(S7)。

0032

この時、システム容量の負荷容量が接続されていた場合にはUPS1B、UPS1Cは負荷24への給電の他にUPS1Aの電池11Aの充電容量が出力されるため装置容量以上の出力となるが、UPSは一般的に短時間の過負荷耐量(例;125%−10分)を持っているため、短時間で充電できる電池11Aの直流エネルギーに対しての充電は可能である。なお、S1において、直流運転モードでないと判断した場合には、全台UPSによる直流運転で負荷24に対して給電継続となる(S8)。

0033

図9は実施形態3を説明するためのもので、電池電圧合わせの説明図である。実施形態2に於いて、UPS1Aが直流運転中に交流電源14Aに停電が発生すると、負荷24へは、UPS1B、1Cで先ず給電を継続し、UPS1AはUPS1B、1Cの出力電源でリチウム電池11Aを急速充電した後、UPS1B、UPS1Cと並列接続されて負荷給電を継続することを述べた。ここでの問題はUPS1B,1CとUPS1Aでは直流運転の開始時間が異なることによる電池電圧の違いがあり、先に直流運転を開始したUPS1B、1CがUPS1Aに比べて先に、運転可能範囲の下限である直流電圧低下に至ることがある。

0034

このため、実施形態3では、図9(a)に示すようにUPS1Aが充電を完了して後から並列接続されると、先ずはUPS1Aが装置定格容量を出力し、他のUPS1B、1Cが図9(b)に示すように残りの負荷容量を均等、つまり、
全負荷容量−UPS1Aの負荷容量)÷の2
に分担するように制御する。

0035

この状態でUPS1Aの直流電圧がUPS1B、1Cと合うと、通常通り全てのUPSが均等に負荷容量を分担するように制御される。

0036

これにより、UPS1AとUPS1B、1Cは直流運転の開始時間が違っても、直流運転中に直流電圧を合わせることができ、この結果各UPSの停電時の運転時間(直流電圧低下に至る時間)を合わせることが可能となる。

0037

なお、実施形態3の構成は、実施形態2と同一であるので、その説明は省略する。

0038

前述の実施形態では、いずれも以下に述べる無瞬断切換回路を備えたものについて説明したが、各UPSには無瞬断切換回路を備えていないものであっても、前述の実施形態と同様な効果を得ることができる。UPS1Aの無瞬断切換回路は、交流入力回路15Aとは別の交流電源16Aからの交流電力を、バイパス入力回路17A、バイパス入力遮断器12A、バイパス回路13A、バイパス側機械スイッチ9A、バイパス側半導体スイッチ8A、UPS出力回路19A、システム出力回路23を介して負荷24に供給可能である。UPS1A以外の他のUPSの無瞬断切換回路も同様な構成である。

0039

また前述の説明及び図面の表示において、商用交流電源14A、14B、14Cがそれぞれ異なるようにしたが、これが全て共通の商用交流電源であってもよいことは明らかである。さらに、制御装置30A、30B、30Cは各UPSに対応して設けた例を挙げたが、これも全てをまとめた制御装置であってもよいことは言うまでもない。

0040

1A、1B、1C…UPS、2A、2B、2C…交流入力遮断器、3A、3B、3C…順変換器、4A、4B、4C…逆変換器、5A、5B、5C…無瞬断切換回路、6A、6B、6C…直流入力遮断器、7A、7B,7C…逆変換器側機械スイッチ(逆変換器側コンタクタ)、8、8A、8B、8C…バイパス側半導体スイッチ、9A、9B、9C…バイパス側機械スイッチ(バイパス側コンタクタ)、11A、11B、11C…リチウム電池、12、12A、12B、12C…バイパス入力用遮断器、13A、13B、13C…バイパス回路、14A、14B、14C…商用交流電源、15A、15B、15C…交流入力回路、16A、16B、16C…バイパス入力電源、17A、17B、17C…バイパス入力回路、19A、19B、19C…UPS出力回路、20…並列出力盤、21A、21B、21C…並列用コンタクタ、22…並列母線、23…システム出力回路、24…負荷、25A…1Aの入力遮断器、25B…1Bの出力を入力する入力遮断器、25C…1Cの出力を入力する入力遮断器、28…1AのUPS入力盤、29A、29B、29C…逆変換器側変圧器、30A、30B、30C…制御装置。

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