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技術 電力供給システム

出願人 東芝三菱電機産業システム株式会社
発明者 西浦弘貴
出願日 2019年2月28日 (1年11ヶ月経過) 出願番号 2019-036431
公開日 2020年9月3日 (5ヶ月経過) 公開番号 2020-141511
状態 未査定
技術分野 予備電源装置
主要キーワード 外部バイパス 交流直流変換器 直流交流変換器 外部交流電源 各交流出力 トランス回路 切替制御回路 並列構成
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年9月3日)のものです。
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図面 (5)

課題

停電が生じた場合に安全にバイパス回路切替可能な電力供給システムを実現する。

解決手段

電力供給システムは、交流負荷電力を供給する母線並列接続した複数の交流出力変換器を備える。各交流出力変換器は、外部交流電圧直流電圧に変換する交流直流変換器と、直流電圧を交流電圧に変換して母線に供給する直流交流変換器と、直流交流変換器と並列に接続され、直流電圧を蓄電する2次電池と、母線と直流交流変換器との間に設けられた第1の切替回路と、直流交流変換器から供給する交流電圧の代わりに、外部交流電圧を直接的に母線に供給するためのバイパス経路と、母線とバイパス経路との間に設けられた第2の切替回路と、停電時および復電時に第1および第2の切替回路を制御する切替制御回路と、外部交流電圧、直流交流変換器により変換された交流電圧、バイパス経路のバイパス電圧および母線の電圧の供給を受けて切替制御回路の制御電圧を生成するための制御電源回路とを含む。

概要

背景

直流から交流電力変換を行う交流出力変換器を複数並列に接続し、負荷電力を供給する電力供給システムが知られている。

この点で、特開2017−50933公報においては、インバータのような交流出力変換器を複数台並列に接続し、共通の負荷に対して並列運転する電力供給システムが開示されている。

概要

停電が生じた場合に安全にバイパス回路切替可能な電力供給システムを実現する。電力供給システムは、交流負荷に電力を供給する母線並列接続した複数の交流出力変換器を備える。各交流出力変換器は、外部交流電圧直流電圧に変換する交流直流変換器と、直流電圧を交流電圧に変換して母線に供給する直流交流変換器と、直流交流変換器と並列に接続され、直流電圧を蓄電する2次電池と、母線と直流交流変換器との間に設けられた第1の切替回路と、直流交流変換器から供給する交流電圧の代わりに、外部交流電圧を直接的に母線に供給するためのバイパス経路と、母線とバイパス経路との間に設けられた第2の切替回路と、停電時および復電時に第1および第2の切替回路を制御する切替制御回路と、外部交流電圧、直流交流変換器により変換された交流電圧、バイパス経路のバイパス電圧および母線の電圧の供給を受けて切替制御回路の制御電圧を生成するための制御電源回路とを含む。

目的

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

交流負荷電力を供給する母線並列接続した複数の交流出力変換器を備え、各前記交流出力変換器は、外部交流電圧直流電圧に変換する交流直流変換器と、前記直流電圧を交流電圧に変換して前記母線に供給する直流交流変換器と、前記直流交流変換器と並列に接続され、前記直流電圧を蓄電する2次電池と、前記母線と前記直流交流変換器との間に設けられた第1の切替回路と、前記直流交流変換器から供給する前記交流電圧の代わりに、前記外部交流電圧を直接的に前記母線に供給するためのバイパス経路と、前記母線と前記バイパス経路との間に設けられた第2の切替回路と、停電時および復電時に前記第1および第2の切替回路を制御する切替制御回路と、前記外部交流電圧、前記直流交流変換器により変換された交流電圧、前記バイパス経路のバイパス電圧および前記母線の電圧の供給を受けて前記切替制御回路の制御電圧を生成するための制御電源回路とを含む、電力供給システム

請求項2

各前記交流出力変換器の切替制御回路は、通常時は前記第1の切替回路をオンし、前記第2の切替回路をオフしている、請求項1記載の電力供給システム。

請求項3

各前記交流出力変換器の切替制御回路は、他の前記交流出力変換器の切替制御回路と接続され、前記他の前記交流出力変換器から前記交流負荷への電圧の停止信号の入力を受け、全ての前記交流出力変換器について前記交流負荷への電圧の停止信号の入力を受けた場合に、前記第1の切替回路をオフし、前記第2の切替回路をオンする、請求項2記載の電力供給システム。

技術分野

0001

本発明は、直流から交流電力変換を行う交流出力変換器を複数並列に接続し、負荷電力を供給する電力供給システムに関する。

背景技術

0002

直流から交流に電力変換を行う交流出力変換器を複数並列に接続し、負荷に電力を供給する電力供給システムが知られている。

0003

この点で、特開2017−50933公報においては、インバータのような交流出力変換器を複数台並列に接続し、共通の負荷に対して並列運転する電力供給システムが開示されている。

先行技術

0004

特開2017−50933号公報

発明が解決しようとする課題

0005

一方で、上記公報における電力供給システムは、それぞれの交流出力変換器から負荷に供給することにより高効率な給電が可能であるが、例えば停電が生じた際には、バイパス回路切り替える方式となっている。

0006

しかしながら、停電が生じた後、蓄電池から負荷への電力供給能力は、それぞれの交流出力変換器で異なる場合がある。

0007

その場合、一部の交流出力変換器の蓄電池からの給電が継続している場合に、他の交流出力変換器がバイパス回路に切り替えると、逆流してしまう恐れがあるためすべての交流出力変換器の給電が終了した時点でバイパス回路に切り替える必要がある。

0008

しかしながら、一部の交流出力変換器の給電が終了する状態の時まで、他の交流出力変換器の電源が正常に動作しているとは限らず、バイパス回路の切替が難しい状況が生じる可能性がある。

0009

バイパス回路の切替が正常にできていない場合には、復電した場合に正常に電力供給システムが復旧しない可能性がある。

0010

本発明の目的は、上記の課題を解決するためのものであって、停電が生じた場合に安全にバイパス回路に切替可能な電力供給システムを実現する。

課題を解決するための手段

0011

本発明のある局面に従う電力供給システムは、交流負荷に電力を供給する母線並列接続した複数の交流出力変換器を備える。各交流出力変換器は、外部交流電圧直流電圧に変換する交流直流変換器と、直流電圧を交流電圧に変換して母線に供給する直流交流変換器と、直流交流変換器と並列に接続され、直流電圧を蓄電する2次電池と、母線と直流交流変換器との間に設けられた第1の切替回路と、直流交流変換器から供給する交流電圧の代わりに、外部交流電圧を直接的に母線に供給するためのバイパス経路と、母線とバイパス経路との間に設けられた第2の切替回路と、停電時および復電時に第1および第2の切替回路を制御する切替制御回路と、外部交流電圧、直流交流変換器により変換された交流電圧、バイパス経路のバイパス電圧および母線の電圧の供給を受けて切替制御回路の制御電圧を生成するための制御電源回路とを含む。

0012

好ましくは、各交流出力変換器の切替制御回路は、通常時は第1の切替回路をオンし、第2の切替回路をオフしている。

0013

好ましくは、各交流出力変換器の切替制御回路は、他の交流出力変換器の切替制御回路と接続され、他の交流出力変換器から交流負荷への電圧の停止信号の入力を受け、全ての交流出力変換器について交流負荷への電圧の停止信号の入力を受けた場合に、第1の切替回路をオフし、第2の切替回路をオンする。

発明の効果

0014

本発明の電力供給システムは、停電が生じた場合に安全にバイパス回路に切替可能である。

図面の簡単な説明

0015

実施形態に基づく無停電電源システム1の構成を説明する図である。
実施形態に基づく通常時の無停電電源システム1の電圧供給を説明する図である。
従来の停電時の無停電電源システム1の電圧供給を説明する図である。
実施形態に従う停電時の無停電電源システム1の電圧供給を説明する図である。

実施例

0016

以下、実施形態について図に基づいて説明する。本例においては、一例として電力供給システムとして、無停電電源システム(以降、UPS(Uninterruptible Power Supply))について説明する。

0017

本実施形態においては、無停電電源システムにおいて、複数の交流出力変換器の並列構成を用いて説明する。

0018

図1は、実施形態に基づく無停電電源システム1の構成を説明する図である。
図1を参照して、無停電電源システム1は、複数(n個)の交流出力変換器10−1〜10−nを含む。交流出力変換器10−1〜10−n(総称して交流出力変換器10とも称する)は、外部交流電源3Aおよび外部バイパス交流電源3Bと接続されるとともに、共通の負荷20に対して並列運転する。なお、n個は、特に2個以上であれば供給する負荷に応じて任意の値に設定することが可能である。

0019

以下、各交流出力変換器10の構成について説明する。
交流出力変換器10は、外部交流電源3Aと接続され、外部交流電源3Aからの交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ5と、コンバータ5と接続され、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ7と、インバータ7と並列にコンバータ5と接続される蓄電池6とを含む。

0020

交流出力変換器10は、インバータ7と負荷との間に設けられた切替回路9と、コンバータ5およびインバータ7の供給経路とは別に設けられた外部バイパス交流電源3Bからの交流電圧を供給するバイパス経路と、バイパス経路と負荷との間に設けられた切替回路8と、切替回路8,9を制御するコントローラ4(切替制御回路)と、コントローラ4の駆動電圧を生成する制御電源回路2とをさらに含む。

0021

制御電源回路2は、コンバータ5の入力側、インバータ7の出力側、外部バイパス交流電源3Bおよび負荷20と接続される母線と接続され、それぞれの交流電圧を検知するとともに、交流電圧の供給を受けてコントローラ4の駆動電圧を生成する。すなわち、制御電源回路2は、外部交流電源3Aが停電した場合であっても、インバータ7から供給される交流電圧に基づいて駆動電圧を生成することが可能である。

0022

制御電源回路2は、コンバータ5の入力側およびインバータ7の出力側で検知される交流電圧に従ってコントローラ4に停電あるいはインバータ7からの供給電圧の低下の検知信号を出力する。

0023

外部交流電源3Aが停電により電力の供給が停止した場合には、蓄電池6から負荷に電力を供給する。

0024

なお、制御電源回路2は、コンバータ5の入力側、インバータ7の出力側、外部バイパス交流電源3Bおよび負荷20と接続される母線と接続されて、必要な駆動電圧を生成する場合について説明するが、図示しないが、コンバータ5の入力側、インバータ7の出力側、外部バイパス交流電源3Bおよび負荷20と接続される母線からそれぞれ供給される電圧レベルは異なるため、電圧を適宜調整して供給するトランス回路が設けられているものとする。

0025

図2は、実施形態に基づく通常時の無停電電源システム1の電圧供給を説明する図である。

0026

図2に示されるように、一例として、2台の交流出力変換器10−1,10−2を含む構成について説明する。

0027

外部交流電源3Aが正常に動作している通常時においては、切替回路9がオンしており、負荷20とインバータ7とが接続されている状態である。

0028

コンバータ5は、外部交流電源3Aからの交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ7は、コンバータ5と接続され、直流電圧を交流電圧に変換する。また、蓄電池6は、コンバータ5が変換した直流電圧を蓄電する。

0029

インバータ7から切替回路9を介して負荷20に電力が供給される。
複数の交流出力変換器10の並列構成であるため、それぞれの交流出力変換器10から負荷20に対して必要な電力が供給される。

0030

図3は、従来の停電時の無停電電源システム1の電圧供給を説明する図である。
図3(A)に示されるように、一例として、2台の交流出力変換器10−1,10−2を含む構成について説明する。

0031

外部交流電源3Aが停電した場合について説明する。この場合には、コンバータ5からの電圧供給が低下するため蓄電池6からインバータ7および切替回路9を介して負荷20に対する電力供給を継続する。この状態の場合には、切替回路8はオフしている。

0032

動作している通常時においては、切替回路9がオンしており、負荷20とインバータ7とが接続されている状態である。

0033

コンバータ5は、外部交流電源3Aからの交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ7は、コンバータ5と接続され、直流電圧を交流電圧に変換する。また、蓄電池6は、コンバータ5が変換した直流電圧を蓄電する。

0034

インバータ7から切替回路9を介して負荷20に電力が供給される。
複数の交流出力変換器10の並列構成であるため、それぞれの交流出力変換器10から負荷20に対して必要な電力が供給される。

0035

次に、例えば、交流出力変換器10−1の蓄電池6と、交流出力変換器10−2の蓄電池6の供給能力が異なる場合について説明する。

0036

本例においては、交流出力変換器10−1の蓄電池6の方が、交流出力変換器10−2の蓄電池6よりも供給能力が大きい場合について説明する。

0037

この場合には、交流出力変換器10−2の蓄電池6から負荷20への供給が停止した場合であっても、交流出力変換器10−1から負荷20に対する供給を継続する場合には、逆流が生じる恐れがあるため交流出力変換器10−2の切替回路8をオンすることができない。

0038

したがって、交流出力変換器10−1から負荷20に対する供給が終了するまで交流出力変換器10−2は、切替回路9から切替回路8への切替指令待機する必要がある。

0039

この待機の期間に、制御電源回路2は、コントローラ4の駆動電圧を確保し続ける必要がある。しかしながら、待機の期間が長い場合には、制御電源回路2は、コントローラ4の駆動電圧を確保し続けるのが難しくなる可能性がある。仮に、制御電源回路2は、コントローラ4の駆動電圧を確保できなくなった場合には、切替回路9から切替回路8への切替指令を出力することができず、切替回路8はオフした状態を維持することになる。

0040

図3(B)に示されるように、交流出力変換器10−1の切替回路9がオンしており、交流出力変換器10−2の切替回路8がオフしている状態において復電が生じた場合が示されている。

0041

この場合には、交流出力変換器10−1の切替回路8はオンしているため、バイパス経路を介して負荷20に対して電力が供給される。

0042

一方、交流出力変換器10−2の切替回路8はオフしているため、バイパス経路を介して負荷20に対して電力を供給することができない。

0043

したがって、負荷20に対しては、交流出力変換器10−1のみが電力を供給する結果となり、過負荷状態となって交流出力変換器10−1からの供給も停止することになる。

0044

すなわち、従来の無停電電源システムは、正常な復電処理を実行することができない可能性がある。

0045

図4は、実施形態に従う停電時の無停電電源システム1の電圧供給を説明する図である。

0046

図4(A)に示されるように、一例として、2台の交流出力変換器10−1,10−2を含む構成について説明する。

0047

外部交流電源3Aが停電した場合について説明する。
この場合には、コンバータ5からの電圧供給が低下するため蓄電池6からインバータ7および切替回路9を介して負荷20に対する電力供給を継続する。この状態の場合には、切替回路8はオフしている。

0048

上記したように、例えば、交流出力変換器10−1の蓄電池6と、交流出力変換器10−2の蓄電池6の供給能力が異なる場合について説明する。

0049

本例においては、交流出力変換器10−1の蓄電池6の方が、交流出力変換器10−2の蓄電池6よりも供給能力が大きい場合について説明する。

0050

上記したように、交流出力変換器10−2の蓄電池6から負荷20への供給が停止した場合であっても、交流出力変換器10−1から負荷20に対する供給を継続する場合には、逆流が生じる恐れがあるため交流出力変換器10−2の切替回路8をオンすることができない。

0051

一方で、実施形態に従う制御電源回路2は、コンバータ5の入力側、インバータ7の出力側、外部バイパス交流電源3B(バイパス経路のバイパス電圧)、および負荷と接続される母線と接続されて、必要な駆動電圧を生成する。

0052

したがって、交流出力変換器10−2の蓄電池6から負荷20への供給が停止した場合であっても、交流出力変換器10−2の制御電源回路2は、例えば、負荷20と接続される母線からの電圧を受けて、必要な駆動電圧をコントローラ4に供給し続けることが可能である。

0053

最終的に、交流出力変換器10−1のコントローラ4は、蓄電池6から負荷20への供給が停止する場合に、交流出力変換器10−2のコントローラ4にその旨を通知する。

0054

そして、すべての交流出力変換器10が負荷20への電圧の供給を停止したことを検知した場合に、各交流出力変換器10のコントローラ4は、切替回路9をオフし、切替回路8をオンする。

0055

図4(B)に示されるように、交流出力変換器10−1,10−2の切替回路8がオンしている状態において復電が生じた場合が示されている。

0056

この場合には、交流出力変換器10−1,10−2の切替回路8はオンしているため、バイパス経路を介して負荷20に対して電力が供給される。

0057

したがって、負荷20に対して、交流出力変換器10−1,10−2から電力が供給される結果となり、過負荷状態となることを抑制して、復帰処理を正常に実行することが可能である。すなわち、実施形態に従う無停電電源システム1は、正常な復電処理を実行することが可能である。

0058

なお、本例においては、2台の交流出力変換器10について主に説明したが、特にこれに限られず3台以上でも同様に適用可能である。

0059

なお、本例においては、外部交流電源3Aと、外部バイパス交流電源3Bとがそれぞれ独立に設けられている構成について説明したが、外部バイパス交流電源3Bを設けず、バイパス経路についても外部交流電源と接続される構成においても同様に適用可能である。

0060

以上、本発明の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

0061

1無停電電源システム、2制御電源回路、3外部交流電源、4コントローラ、5コンバータ、6蓄電池、7インバータ、8,9切替回路、10交流出力変換器、20負荷。

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