(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源電圧を入力し定電圧定周波の交流を出力する電力変換器と、前記電力変換器から負荷に給電する出力開閉器と、前記電力変換器をバイパスして前記商用電源電圧を前記負荷に給電するバイパス回路と、前記電力変換器と前記バイパス回路の両者をバイパスして前記商用電源電圧を前記負荷に給電する保守バイパス回路と、前記電力変換器を制御する変換器制御手段とを具備し、前記出力開閉器を開状態にし、前記電力変換器と前記保守バイパス回路あるいは前記バイパス回路の出力側を電気的に接続して両者を並列運転して両者の出力電圧差による電流値によって健全性点検を行うようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
商用電源電圧を入力し定電圧定周波の交流を出力する電力変換器と、前記電力変換器から負荷に給電する出力開閉器と、前記電力変換器をバイパスして前記商用電源電圧を前記負荷に給電するバイパス回路と、前記電力変換器と前記バイパス回路の両者をバイパスして前記商用電源電圧を前記負荷に給電する保守バイパス回路と、前記電力変換器の出力側の電流を検出する電流検出手段と、前記電力変換器の出力電圧を制御する電圧制御装置とを具備し、前記出力開閉器を開状態にし、前記電力変換器と前記保守バイパス回路あるいは前記バイパス回路の出力側を電気的に接続して両者を並列運転し、両者の出力電圧差によって前記電流検出手段で検出される電流値によって健全性点検を行うようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項３】
商用電源電圧を入力し定電圧定周波の交流を出力する電力変換器と、前記電力変換器から負荷に給電する出力開閉器と、前記電力変換器をバイパスし前記出力開閉器を介して前記商用電源電圧を前記負荷に給電するバイパス回路と、前記電力変換器と前記バイパス回路の両者をバイパスし前記出力開閉器を介して前記商用電源電圧を前記負荷に給電する保守バイパス回路と、他の無停電電源装置と並列運転される際に横流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出された横流を入力して前記電力変換器を横流補償して制御する電圧制御装置とを具備し、前記負荷開閉器を開状態にし、前記電力変換器と前記保守バイパス回路あるいは前記バイパス回路の出力側を電気的に接続して両者を並列運転し前記電流検出手段で検出される電流値によって健全性点検を行うようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項４】
商用電源電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータの直流電圧を定電圧定周波の交流に変換するインバータと、前記インバータから負荷に給電する出力開閉器と、前記コンバータおよび前記インバータをバイパスして前記商用電源電圧を前記負荷に給電するバイパス回路と、前記コンバータおよび前記インバータと前記バイパス回路をバイパスして前記商用電源電圧を前記負荷に給電する保守バイパス回路と、前記インバータの出力側の電流を検出する電流検出手段と、前記インバータの出力電圧を制御する電圧制御装置とを具備し、前記出力開閉器を開状態にし、前記インバータと前記保守バイパス回路あるいは前記バイパス回路の出力側を電気的に接続して両者を並列運転し、前記インバータの出力電圧を制御して前記電流検出手段で検出される電流値によって健全性点検を行うようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項５】
商用電源電圧を一定の直流電圧に変換するパルス幅変調制御されるコンバータと、前記コンバータの直流電圧を定電圧定周波の交流に変換するパルス幅変調制御されるインバータと、前記コンバータの直流電圧により充電されるバッテリと、前記インバータから負荷に給電する出力開閉器と、前記コンバータおよび前記インバータをバイパスし前記出力開閉器を介して前記商用電源電圧を前記負荷に給電し、半導体スイッチに切換開閉器が並列接続されているバイパス回路と、前記コンバータおよび前記インバータと前記バイパス回路をバイパスし前記出力開閉器を介して前記商用電源電圧を前記負荷に給電する保守バイパス回路と、前記インバータの出力側の電流を検出する電流検出手段と、前記インバータの出力電圧を制御する電圧制御装置とを具備し、前記出力開閉器を開状態にし、前記インバータと前記保守バイパス回路あるいは前記バイパス回路の出力側を電気的に接続して両者を並列運転し、前記インバータの出力電圧を前記商用電源電圧と等しくなるように制御して前記電流検出手段で検出される電流値によって健全性点検を行うようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項６】
請求項１記載の無停電電源装置を複数台並列接続して前記負荷に給電する並列冗長構成の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は商用電源の停電時にも負荷に定電圧定周波の交流を給電する無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平６―１１３４８９号公報
【特許文献２】
特開平６―７８５５０号公報
【特許文献３】
特開２００２―２１８６７４号公報
良く知られているように、無停電電源装置は商用電源の停電時にも負荷に定電圧定周波の交流を給電するもので多くの分野に用いられている。無停電電源装置は商用電源電圧を直流に変換するコンバータと直流を交流に変換するインバータにより構成される電力変換器を有している。インバータの直流側には浮動充電されるバッテリが接続され、商用電源の停電時にも負荷に給電できるようにしている。
【０００３】
また、電力変換器が故障した際に無瞬断で負荷に商用電源電圧を供給するために電力変換器をバイパスするバイパス回路が設けられている。バイパス回路には半導体スイッチが設けられ、通常、半導体スイッチには機械的開閉器が並列接続されている。さらに、電力変換器とバイパス回路を点検するために両者をバイパスして商用電源電圧を負荷に給電する保守バイパス回路が設けられている。
【０００４】
このような電力変換器、バッテリ、バイパス回路、保守バイパス回路を備えた無停電電源装置は一台（単機）で用いたり、負荷の容量が大きい場合には複数台を並列接続して用いている。無停電電源装置としては単機でも用いられるように、保守バイパス回路を設けた無停電電源装置を標準品として製作している。
【０００５】
なお、無停電電源装置を複数台並列接続して用いる場合には、通常一台を停止しても負荷に給電できるような容量と台数にした並列冗長構成にしている。
【０００６】
保守バイパス回路を設けた無停電電源装置は上述の特許文献１、３に記載されており、また、無停電電源装置を複数台並列接続して用いることは上述の特許文献２、３に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術は、電力変換器の運転を停止して保守バイパス回路によって商用電源電圧を負荷に給電しながら電力変換器とバイパス回路の点検を行っている。しかし、制御装置を含む電力変換器が正常に動作し保守バイパス回路あるいはバイパス回路が正常であるかの動的な健全性点検を行うことができないために信頼性が低下せざるをえないという問題点を有する。
【０００８】
本発明の目的は電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の動的な健全性点検を行い信頼性を向上させることができる無停電電源装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、電力変換器から負荷に給電する出力開閉器を開状態にし、電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の出力側を電気的に接続して両者を並列運転して両者の出力電圧差による電流値によって健全性点検を行うようにしたことにある。
【００１０】
本発明は電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の両者を並列運転して出力電圧差による電流値によって点検しているので、電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の動的な健全性点検を行うことになり信頼性を向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施例を示す。図１は３台の無停電電源装置を並列冗長構成にして負荷に給電し、横流補償制御をしている例を示している。
【００１２】
図1において、商用電源２の商用交流電圧は電源開閉器３を介して並列接続された３台の無停電電源装置１Ａ〜１Ｃに入力される。電源開閉器３と無停電電源装置１Ａ〜１Ｃの間にはそれぞれ入力開閉器と入力変圧器が設けられるが省略している。無停電電源装置１Ａ〜１Ｃは一台を停止しても負荷４に給電できるように並列冗長構成されている。なお、図１において無停電電源装置1Ｂ、１Ｃの詳細構成は無停電電源装置１Ａと同様であり図示を省略している。
【００１３】
無停電電源装置１Ａに入力された商用電源２の商用交流電圧は切替開閉器１６を介してコンバータ１０に加えられる。コンバータ１０はパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）され交流電圧を一定の直流電圧に変換し直流母線５に出力する。コンバータ１０の直流出力電圧はＰＷＭ制御されるインバータ１１によって定電圧定周波の交流電圧に変換される。コンバータ１０とインバータ１１とで電力変換器８を構成する。直流母線５には切換開閉器１２を介してバッテリ６が接続されている。
【００１４】
インバータ１１は電圧制御装置１３によってＰＷＭ制御される。電圧制御装置１３は横流補償する変換器制御手段を構成する。インバータ１１の出力電圧は変成器１７で検出され電圧制御装置１３に入力される。また、切換開閉器１５と切換開閉器１８の間に電流検出手段である変流器１４が設けられている。変流器１４の検出電流は電圧制御装置１３に加えられる。電圧制御装置１３には無停電電源装置1Ｂ、１Ｃを構成する変流器１４で検出した電流も加えられる。
【００１５】
インバータ１１の交流出力電圧は切換開閉器１５、１８と出力開閉器３０Ａを介して負荷４に給電される。同様に、無停電電源装置1Ｂ、１Ｃの交流出力電圧も出力開閉器３０Ｂ、３０Ｃを介して負荷４に給電される。負荷４と出力開閉器３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの間に負荷開閉器７が設けられている。出力開閉器３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、通常、断路器が用いられ共通の出力盤に収納される。この出力盤には無停電電源装置１Ａ、1Ｂ、１Ｃの各変流器１４の間を接続する配線も収納され、無停電電源装置１Ａ、1Ｂ、１Ｃの配電盤の端子台との間を配線で接続している。
【００１６】
切換開閉器１６の負荷側（コンバータ１０の交流側）と切換開閉器１５の負荷側はバイパス回路２０で接続されている。バイパス回路２０は半導体スイッチ２１と機械的な切換開閉器２２が並列接続されている。バイパス回路２０は電力変換器８をバイパスして負荷４に給電する。
【００１７】
また、切換開閉器１６の電源側と切換開閉器１８の負荷側は切換開閉器２５を有する保守バイパス回路２４で接続されている。保守バイパス回路２４は電力変換器８とバイパス回路２０の両者をバイパスして商用電源２の商用電圧を負荷４に給電する。
【００１８】
図２に電圧制御装置１３の一例構成図を示す。
【００１９】
図２において、変流器１４で検出された無停電電源装置１Ａの出力電流と他の無停電電源装置１Ｂ、１Ｃの出力電流を図示の極性で加算器３２に入力して横流を求める。無停電電源装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃの出力電流比較は電流を抵抗で電圧に変換して行われる。
【００２０】
電圧指令回路３１は加算器３２の横流値で補償したインバータ１１の電圧指令信号（正弦波信号）を出力し、変成器２１で検出したインバータ１１の電圧検出信号と加算器３３で比較する。加算器３３で求められた電圧偏差はＰＷＭ制御のデューティを制御するデューティ制御回路３４に加えられる。
【００２１】
デューティ制御回路３４は電圧偏差を入力してデューティ指令信号を出力し加算器３６に加える。一方、横流抑制回路３５は加算器３２の横流値を入力し横流を零にする横流補償信号を出力し加算器３６に加える。インバータ１１はデューティ制御回路３４のデューティ指令信号を横流補償信号で補償した補償デューティ指令信号によってＰＷＭ制御される。
【００２２】
次に動作を説明する。
【００２３】
３台の無停電電源装置１Ａ〜１Ｃを並列運転して負荷４に給電する場合には開閉器を図３に示す状態にする。電源開閉器３、切換開閉器１６、１５、１２、出力開閉器３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，負荷開閉器３１をＯＮ状態にし、切換開閉器２２、２５と半導体スイッチ２１をＯＦＦ状態にする。
【００２４】
この状態にして無停電電源装置１Ａ〜１Ｃを起動して商用電源２の商用交流電圧を定電圧定周波の交流電圧に変換して負荷４に給電する。コンバータ１０は図示しない制御装置によりＰＷＭ制御され交流電圧を一定の直流電圧に変換し直流母線５に出力する。また、インバータ１１は電圧制御装置１３によって横流補償を行いながら定電圧定周波の交流電圧を出力する。並列冗長構成された無停電電源装置１Ａ〜１Ｃを横流補償して制御することは上述の特許文献２に記載されているので詳細説明を省略する。
【００２５】
このように無停電電源装置１Ａ〜１Ｃを並列運転し負荷４に給電しているときには切換開閉器１２を介してバッテリ６が浮動充電されている。この状態で商用電源２に異常が発生すると、バッテリ６の直流電圧がインバータ１１で交流電圧に変換され負荷４に給電される。
【００２６】
一方、無停電電源装置１Ａ〜１Ｃを並列運転して商用電源２の商用交流電圧を定電圧定周波の交流電圧に変換して負荷４に給電しているときに電力変換器８が故障すると、半導体スイッチ２１と切換開閉器２２をＯＮ状態にする。半導体スイッチ２１は瞬時にＯＮするので、負荷４にはバイパス回路２０から無瞬断で給電することができる。機械的な時間遅れ後に切換開閉器２２もＯＮするので、バイパス回路２０は半導体スイッチ２１と切換開閉器２２を介して給電することになる。
【００２７】
さて、無停電電源装置１Ａ〜１Ｃは一台を停止しても負荷４に給電できるように並列冗長構成されている。無停電電源装置１Ａ〜１Ｃの保守点検は次のようにして行われる。このことを図４を参照して説明する。
【００２８】
無停電電源装置１Ａを保守点検する場合には開閉器を図４に示す状態にする。電源開閉器３と図４に図示していない出力開閉器３０Ｂ，３０Ｃは無停電電源装置１Ｂ、１Ｃから負荷４に給電するためにＯＮ状態にある。保守点検する無停電電源装置１Ａは、出力開閉器３０ＡをＯＦＦ状態にして切換開閉器１６、１５、１２と保守バイパス回路２４の切換開閉器２５をＯＮ状態にする。また、バイパス回路２０の切換開閉器２２と半導体スイッチ２１をＯＦＦ状態にする。
【００２９】
なお、無停電電源装置１Ａの変流器１４は他の無停電電源装置１Ｂ、１Ｃの変流器１４との接続を開放される。無停電電源装置１Ａの変流器１４の接続開放は出力開閉器３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが収納される出力盤の端子台と無停電電源装置１Ａの配電盤の端子台の間の配線を外すことにより行われる。
【００３０】
このように電力変換器８と保守バイパス回路２４の出力側を電気的に接続した状態でコンバータ１０とインバータ１１を起動する。コンバータ１０、インバータ１１の起動と保守バイパス回路２４の切換開閉器２５のＯＮ操作はほぼ同時に行われる。保守バイパス回路２４は商用電源２の商用交流電圧を出力する。商用電源２の電圧は例えば４２０Ｖであり、インバータ１１が負荷４に給電する出力電圧の定格値は４１５Ｖである。保守バイパス回路２４とインバータ１１の両者の出力電圧差によって電流が流れる。この電流（以後、点検電流と称する）は無停電電源装置１Ａに流入する横流と同じになる。
【００３１】
保守バイパス回路２４とインバータ１１の両者の出力電圧差による点検電流は変流器１４で検出され電圧制御装置１３に入力される。点検電流は加算器３２を介して電圧指令回路３１と横流抑制回路３５に加えられる。
【００３２】
電圧指令回路３１は点検電流を零にするインバータ１１の電圧指令信号（正弦波信号）を出力し、変成器１７で検出したインバータ１１の電圧検出信号と加算器３３で比較する。電圧指令信号は点検電流の平均値を制御する指令となる。加算器３３で求められた電圧偏差はＰＷＭ制御のデューティを制御するデューティ制御回路３４に加えられる。
【００３３】
デューティ制御回路３４は電圧偏差を入力してデューティ指令信号を出力し加算器３６に加える。一方、横流抑制回路３５は点検電流を入力し点検電流を零にする電流補償信号を出力し加算器３６に加える。インバータ１１はデューティ制御回路３４のデューティ指令信号を電流補償信号で補償した補償デューティ指令信号によってＰＷＭ制御される。インバータ１１は出力電圧が電圧制御装置１３により商用電源２の電圧とほぼ等しくなるように制御される。
【００３４】
保守バイパス回路２４の出力電圧（商用電源電圧）とインバータ１１の出力電圧がほぼ等しくなると、変流器１４で検出される点検電流は小さくなり所定値以下になる。通常、変流器１４の検出電流は図示しない電流計に指示されている。保守員は電流計の指示を見て、点検電流が所定値以下であれば電圧制御装置１３を含む電力変換器８が健全であると判断する。また、点検電流が所定値以下にならない場合には電圧制御装置１３を含む電力変換器８が異常であると判断する。
【００３５】
このようにして無停電電源装置１Ａの保守点検が行われるが、他の無停電電源装置１Ｂ、１Ｃについても同様にして保守点検が行われる。
【００３６】
このようにして無停電電源装置の保守点検を行うのであるが、電力変換器と保守バイパス回路の両者を並列運転して出力電圧差による電流値によって点検しているので、電力変換器と保守バイパス回路の動的な健全性点検を行うことになり信頼性を向上させることができる。
【００３７】
また、上述の実施例は複数台の無停電電源装置を並列運転する際に横流補償をしている無停電電源装置に新たな機器を付加することなく制御のインターロックを変更するだけで簡単に実用に供し得る。
【００３８】
図５に本発明の他の実施例を示す。
【００３９】
図５において図１の実施例と異なるところは、横流を検出する変流器１４をインバータ１１と切換開閉器１５の間に設けたことである。
【００４０】
図５の実施例は電力変換器８とバイパス回路２０を並列運転して保守点検を行うようにしたものである。
【００４１】
図５において無停電電源装置１Ａを保守点検する場合には開閉器を図６に示す状態にする。電源開閉器３と図６に図示していない出力開閉器３０Ｂ，３０Ｃは無停電電源装置１Ｂ、１Ｃから負荷４に給電するためにＯＮ状態にある。保守点検する無停電電源装置１Ａは、出力開閉器３０Ａと切換開閉器１８をＯＦＦ状態にして切換開閉器１６、１５とバイパス回路２０の切換開閉器２２と半導体スイッチ２１をＯＮ状態にする。また、保守バイパス回路２４の切換開閉器２５をＯＦＦ状態にする。
【００４２】
このように電力変換器８とバイパス回路２４の出力側を電気的に接続した状態でコンバータ１０とインバータ１１を起動することにより図１の実施例と同様に保守点検を行うことができる。
【００４３】
なお、図５の実施例において電力変換器８と保守バイパス回路２４を並列運転して保守点検できることは容易に理解できることである。
【００４４】
以上説明したように、本発明は電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の両者を並列運転して出力電圧差による電流値によって点検しているので、電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の動的な健全性点検を行うことになり信頼性を向上させることができる。
【００４５】
なお、上述の実施例はインバータを横流補償する電圧制御装置で制御するようにしているが、保守点検時に点検電流を検出してインバータの出力電圧を保守バイパス回路あるいはバイパス回路の出力電圧と等しくなるように制御する電圧制御装置で制御しても良いことは勿論のことである。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の両者を並列運転して出力電圧差による電流値によって点検しているので、電力変換器と保守バイパス回路あるいはバイパス回路の動的な健全性点検を行うことになり信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す全体構成図である。
【図２】本発明の無停電電源装置の一例詳細構成図である。
【図３】本発明の動作を説明するための構成図である。
【図４】本発明の動作を説明するための構成図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す全体構成図である。
【図６】本発明の動作を説明するための構成図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…無停電電源装置、２…商用電源、３…電源開閉器、４…負荷、５…直流母線、６…バッテリ、７…負荷開閉器、８…電力変換器、１０…コンバータ、１１…インバータ、１２、１６、１５、１８、２２、２５…切換開閉器、１３…電圧制御装置、１４…変流器、１７…変成器、２０…バイパス回路、２２…半導体スイッチ、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ…出力開閉器、３１…電圧指令回路、３２、３３、３６…加算器、３４…デューティ制御回路、３５…横流抑制回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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