(57)【要約】【課題】  冗長化電源系統を有する負荷装置に無瞬断で電源を供給する無停電電源装置を提供する。【解決手段】  無停電電源装置１０は、主電源系統１４及びバイパスライン１５を有する第１の電源系統と、主電源系統２４及びバイパスライン２５を有する第２の電源系統とを有する。第１の電源系統は、負荷装置４０の第１の電源モジュール４１に給電し、第２の電源系統は、負荷装置４０の第２の電源モジュール４２に給電する。常時は、主電源系統に属する共通のＤＣ／ＡＣコンバータ３４から給電し、商用電源の停電の際には無瞬断でバッテリ３３によるバックアップ給電を行い、また、ＤＣ／ＡＣインバータ３４の故障の際には、バイパスライン１５、２５で給電する。【選択図】図１
2006246616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の入力電源系統を含む冗長化入力電源系統を有する負荷装置に電源を供給する無停電電源装置において、
バッテリ及び該バッテリから直流電源が供給されるＤＣ／ＡＣ変換器を有する共通電源部分と、
第１及び第２の入力端子と前記第１の入力電源系統に接続された出力端子とを有する第１の切換えスイッチと；第１の電源遮断器と第１のＡＣ／ＤＣ変換器とを経由して前記バッテリに直流電源を供給し、且つ、該バッテリから前記ＤＣ／ＡＣ変換器を経由して前記第１の切換えスイッチの前記第１の入力端子に交流電源を供給する第１の主電源系統と；前記第１の電源遮断器から前記第１の電源切換えスイッチの第２の入力端子に交流電源を供給する第１のバイパス電源系統と；前記第１の切換えスイッチの出力端子を前記第１の入力端子又は前記第２の入力端子の何れかに切り換えて接続する第１の切換制御部とを備える第１の電源系統と、
第１及び第２の入力端子と前記第２の入力電源系統に接続された出力端子とを有する第２の切換えスイッチと；第２の電源遮断器と第２のＡＣ／ＤＣ変換器とを経由して前記バッテリに直流電源を供給し、且つ、該バッテリから前記ＤＣ／ＡＣ変換器を経由して前記第２の切換えスイッチの前記第１の入力端子に交流電源を供給する第２の主電源系統と；前記第２の電源遮断器から前記第２の電源切換えスイッチの第２の入力端子に交流電源を供給する第２のバイパス電源系統と、前記第２の切換えスイッチの出力端子を前記第１の入力端子又は前記第２の入力端子の何れかに切り換えて接続する第２の切換制御部とを備える第２の電源系統と、
を備えることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の切換制御部はそれぞれ、前記第１及び第２の電源切換えスイッチの出力端子における電源異常を検出して、前記第１及び第２の電源切換えスイッチを切り換える、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記第１及び第２のＡＣ／ＤＣ変換器はそれぞれ、前記負荷装置の負荷電流以上の電流容量を有する、請求項１又は２に記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置に関し、更に詳しくは、冗長化入力電源系統を有する負荷装置に冗長化電源を供給する無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置は、様々な負荷装置に交流電源を供給するために広く用いられている。無停電電源装置は、複数の給電系統を持ち、商用電源の停電などの際に、例えばバックアップの目的で設置されたバッテリの直流電源を、インバータを介して交流電源に変換して負荷に供給している。
【０００３】
ところで、コンピュータシステムのサーバやディスクアレイ装置などの重要負荷装置では、複数の入力電源系統を持つ電源冗長化が行われている。このような複数の入力電源系統を有する負荷装置に電源を供給する際には、一般に複数台の無停電電源装置（ＵＰＳ装置）を並列に運転して負荷装置に給電している。このため、負荷装置の消費電力を供給できる容量のバッテリとインバータとをＵＰＳ装置の数だけ使用することになる。この場合、例えば２重化するためには、２倍に近いコストが必要となり、３重化するためには、３倍に近いコストが必要になる。また、ＵＰＳ装置のサイズ及び重量も２倍、３倍に近いサイズ及び重量に増加する。
【０００４】
特許文献１には、冗長化電源系統を有する負荷装置に対して交流電源を供給するＵＰＳ装置が記載されている。図２は、特許文献１に記載されたＵＰＳ装置の構成を示している。ＵＰＳ装置５０は、過電流検出部５１を有し、切換えスイッチ５５の第１の入力端子に交流電源を供給する第１の交流電源系統５２と、過電流検出部５３を有し切換えスイッチ５５の第２の入力端子に交流電源を供給する第２の交流電源系統５４と、第１及び第２の交流電源系統４２、５４から電源が供給されてバッテリ５６に充電するＡＣ−ＤＣコンバータ５７と、バッテリ５６からの直流電源をＡＣ電源に変換して切換えスイッチ５５の第３の入力端子に交流電源を供給するインバータ５８とを有する。
【０００５】
上記ＵＰＳ装置では、第１及び第２の交流電源系統５２、５４が正常なときには、切換えスイッチ５５は、第１及び第２の交流電源系統５２、５４からそれぞれ、負荷装置６０に電源を供給し、第１及び第２の交流電源系統５２、５４の何れか又は双方の系統に異常が発生すると、バッテリ５６を利用して、インバータ５８負荷装置に交流電源が供給される。また、バッテリ５６及びインバータ５８を２系統の電源系統５２、５４に共通化しており、コスト、サイズ及び重量の軽減が可能である。
【特許文献１】特開２００４−２５４４７０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のＵＰＳ装置では、常時は２系統の商用電源がそのまま冗長化された負荷装置６０の入力電源系統に入力されており、商用電源などに異常が発生すると、その異常の検出に基づいて交流電源を切換え制御している。この場合、例えば２系統の商用電源が同時に停電になると、２系統の入力電源が同時に消滅し、インバータ５８が立ち上がる。しかし、インバータ５８の立ち上がりには時間遅れが発生するので、その間は必要な電源が負荷装置６０に供給されないという問題がある。また、ＡＣ／ＤＣコンバータが１台であるため、そのメンテナンスや故障に際しては、バックアップができないという問題もある。
【０００７】
本発明は、入力電源系統が冗長化された負荷装置に電源を供給するために特に適したＵＰＳ装置であって、コスト、サイズ及び重量の軽減が可能であり、供給される２系統の商用電源に停電が発生しても、負荷には無瞬断で電源が供給されるため、バックアップ能力に優れたＵＰＳ装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の無停電電源装置は、第１及び第２の入力電源系統を含む冗長化入力電源系統を有する負荷装置に電源を供給する無停電電源装置において、
バッテリ及び該バッテリから直流電源が供給されるＤＣ／ＡＣ変換器を有する共通電源部分と、
第１及び第２の入力端子と前記第１の入力電源系統に接続された出力端子とを有する第１の切換えスイッチと；第１の電源遮断器と第１のＡＣ／ＤＣ変換器とを経由して前記バッテリに直流電源を供給し、且つ、該バッテリから前記ＤＣ／ＡＣ変換器を経由して前記第１の切換えスイッチの前記第１の入力端子に交流電源を供給する第１の主電源系統と；前記第１の電源遮断器から前記第１の電源切換えスイッチの第２の入力端子に交流電源を供給する第１のバイパス電源系統と；前記第１の切換えスイッチの出力端子を前記第１の入力端子又は前記第２の入力端子の何れかに切り換えて接続する第１の切換制御部とを備える第１の電源系統と、
第１及び第２の入力端子と前記第２の入力電源系統に接続された出力端子とを有する第２の切換えスイッチと；第２の電源遮断器と第２のＡＣ／ＤＣ変換器とを経由して前記バッテリに直流電源を供給し、且つ、該バッテリから前記ＤＣ／ＡＣ変換器を経由して前記第２の切換えスイッチの前記第１の入力端子に交流電源を供給する第２の主電源系統と；前記第２の電源遮断器から前記第２の電源切換えスイッチの第２の入力端子に交流電源を供給する第２のバイパス電源系統と、前記第２の切換えスイッチの出力端子を前記第１の入力端子又は前記第２の入力端子の何れかに切り換えて接続する第２の切換制御部とを備える第２の電源系統と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の無停電電源装置では、常時にバッテリを充電すると共に電源系統に共通のＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）を稼働させる構成を採用したので、電源装置の構成が簡素化されると共に、電源装置や負荷装置における障害発生時のバイパスラインへの切換に際して、無瞬断での電源切換が可能である。また、第１及び第２の電源系統の双方にコンバータを配設して、何れのコンバータからもバッテリを充電可能としてあるので、障害発生時のバックアップ能力に優れた無停電電源装置が得られる。
【００１０】
本発明の好ましい態様の無停電電源装置では、前記第１及び第２の切換制御部はそれぞれ、少なくとも前記第１及び第２の電源切換えスイッチの出力端子における電源異常を検出して前記第１及び第２の電源切替え器を切り換えることが好ましい。
【００１１】
また、前記第１及び第２のＡＣ／ＤＣ変換器はそれぞれ、前記負荷装置の負荷電流以上の電流容量を有することも本発明の好ましい態様である。この場合、一方のＡＣ―ＤＣ変換器のみで、負荷装置に給電しつつ、バッテリへの充電が可能であると共に、その後に発生する商用電源の停電に際して、バッテリによるバックアップが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るＵＰＳ装置の構成を示している。ＵＰＳ装置１０は、商用電源が供給される分電盤４３からそれぞれ電源ライン１１及び２１を経由して電源が供給される第１の電源系統３１及び第２の電源系統３２を有し、第２の電源系統３２には、双方の電源系統３１、３２に共通の共通電源部分であるバッテリ３３及びＤＣ／ＡＣインバータ３４が含まれる。
【００１３】
負荷装置４０は、例えばコンピュータシステムのサーバやディスクアレイ等であり、２系統の入力電源系統を持ち、それぞれに電源モジュール４１及び４２が配設される。
【００１４】
ＵＰＳ装置１０の第１の電源系統３１は、負荷装置４０の第１の電源モジュール４１に常時電源を供給する第１の主電源系統１４と、第１の主電源系統１４の異常時などに商用電源をバイパスして供給する第１のバイパスライン１５と、第１の無瞬断切換装置１６と、第１の切換制御部１７とを備える。第２の電源系統３２は、第２の電源モジュール４２に電源を供給する第２の主電源系統２４と、第２の主電源系統２４の異常時などに商用電源をバイパスして供給する第２のバイパスライン２５と、第２の無瞬断切換装置２６と、第２の切換制御部２７とを備える。第２の主電源系統２４内には、第１及び第２の主電源系統に共通の電源部分であるバッテリ３３と、バッテリ３３から直流電源が供給されるＤＣ／ＡＣインバータ３４とが配設される。
【００１５】
第１の電源系統３１の主電源系統１４は、第１の電源遮断器を構成する入力ブレーカ１２と、第１のＡＣ／ＤＣコンバータ１３と、バッテリ３３と、ＤＣ／ＡＣインバータ３４とから構成され、ＤＣ／ＡＣインバータ３４の出力が第１の無瞬断切換装置１６の第１の入力端子に接続される。第１のバイパスライン１５は、電源遮断器１２の負荷側端子と無瞬断切換装置１６の第２の入力端子とを接続する配線として構成される。第２の電源系統３２の主電源系統２４は、第２の電源遮断器を構成する入力ブレーカ２２と、第２のＡＣ／ＤＣコンバータ２３と、バッテリ３３と、ＤＣ／ＡＣインバータ３４とから構成され、ＤＣ／ＡＣインバータ３４の出力が第２の無瞬断切換装置２６の第１の入力端子に接続される。第２のバイパスライン２５は、電源遮断器１２の負荷側端子と第２の無瞬断切換装置２６の第２の入力端子とを接続する配線として構成される。
【００１６】
本実施形態例のＵＰＳ装置１０は、２系統に冗長化された入力電源系統を有する負荷装置４０に対して２系統の電源を供給する冗長化電源装置である。負荷装置が３重またはそれ以上に多重化された電源系統を有する場合には、第１の電源系統３１に相当する電源系統を１つ又は２つ以上追加して備える。つまり、その多重の程度に応じて、１つ以上の第１の電源系統を追加する。この場合、電源系統の追加数に応じて、それと同じ数またはそれ以下の数のバッテリ及びＤＣ／ＡＣインバータを追加してもよい。
【００１７】
上記実施形態のＵＰＳ装置１０では、冗長化構成を有する負荷装置４０の電源構成に対応して２系統の電源系統３１、３２を有する。このため、一方の電源系統が、電源遮断器のトリップなどにより給電不能に陥っても、他方の正常な電源系統から電源が供給できる冗長構成を採用する。同時に、ＵＰＳ装置１０のコスト、サイズ及び重量の増加を抑えるために、インバータ及びバッテリは冗長化せずにＵＰＳ装置を構成している。
【００１８】
上記構成を有するＵＰＳ装置１０は、以下のような機能を有する。常時は、各電源系統３１、３２の主電源系統１４、２４は、分電盤４３から供給される商用電源から電源を受け、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３、２３、ＤＣ／ＡＣインバータ３４、及び、無瞬断切換装置１８、２８を経由して、負荷装置４０の電源モジュール４１、４２にそれぞれ電源を供給する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１３、２３から供給されるＤＣ電源の一部は、バッテリ３３に貯えられる。
【００１９】
電源遮断器１１、２１は、通常時には商用電源が供給されて、ＵＰＳ装置１０の第１及び第２の電源系統３１、３２に商用電源を供給し、また、過電流発生時にトリップして、ＵＰＳ装１０の内部回路、及び、負荷装置４０の内部回路を保護する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１３、２３は、商用電源を直流に変換して、その出力をバッテリ３３及びＤＣ／ＡＣインバータ３４に供給する。バッテリ３３は、通常時はＡＣ／ＤＣコンバータ１３、２３の直流出力によって充電されており、商用電源の停電時には、ＤＣ／ＡＣインバータ３４に直流電流を供給する。インバータ３４は、通常時はＡＣ／ＤＣコンバータ１３、２３から給電される直流電流を交流電流に変換して出力する。また、商用電源の停電などの際には、バッテリ３３からの直流電流を交流電流に変換して出力する。
【００２０】
無瞬断切換装置１６、２６は、通常時は、第１の入力端子に供給されるＤＣ／ＡＣインバータ３４の出力である交流電源を選択して出力し、異常時には、切換制御部１７、２７の制御に従って、第２の入力端子に供給される商用電源を選択して出力し、それぞれ負荷装置４０の電源モジュール４１、４２に給電する。切換制御部１７、２７は、無瞬断切換装置１６、２６の出力ライン１８、２８を常時監視し、それぞれの電源系統３１、３２の電源を、ＤＣ／ＡＣインバータ３４の出力、又は、バイパスライン１５、２５の出力に切り換える。例えば、無瞬断切換装置１６、２６の出力ライン１８、２８に過電流が発生した場合には、バイパスライン１５、２５に切り換え、それ以外の通常時はインバータ出力に切り換える。
【００２１】
上記実施形態のＵＰＳ装置について、障害の発生に対応する動作について更に詳細に説明する。まず、通常時には、分電盤４３に商用電源が供給されており、ＵＰＳ装置１０の双方の電源系統３１、３２には電源ライン１１、２１を経由して商用電源が供給される。商用電源は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３、２３、インバータ３４、無瞬断切換装置１６、２８、及び出力ライン１８、２８を経由して、負荷装置４０の第１及び第２の電源モジュール４１、４２にそれぞれ供給される。
【００２２】
負荷装置４０の電源投入に際して、負荷装置４０の大きな始動電流により、無瞬断切換装置１６、２６の出力ライン１８、２８に一時的に過電流が流れることがある。この場合には、切り換え制御部１７、２７がこの過電流を検出し、無瞬断切換装置１６、２６を制御して、その負荷電流をバイパスライン１５、２５に切り換える。これによって、ＵＰＳ装置１０の内部回路を大きな過電流から保護する。過電流から通常電流に復帰すると、切換制御部１７、２７は、再び無瞬断切換装置１６、２６を制御して、ＤＣ／ＡＣインバータ３４の出力に切り換える。
【００２３】
ＵＰＳ装置１０の出力ライン１８、２８に過電流が発生すると、切換制御部１７、２７は、対応する無瞬断切換装置１６、２６のみをバイパスライン１５、２５の出力に切り換える。負荷装置４０の始動電流に起因する過電流は、双方の出力ライン１８、２８で同時に発生すると考えられる。従って、この場合には、双方の電源系統３１、３２でバイパスライン１５、２５への切換が発生すると考えられる。しかし、電源モジュール４１、４２の短絡故障などの場合には、過電流は一方の出力ライン１８、２８でのみ発生すると考えられ、この場合には一方の電源系統のみがバイパスラインに切り換えられる。
【００２４】
電源遮断器１２、２２の電流容量を越える過電流が発生する場合には、過電流が発生した一方の電源遮断器１２、２２が遮断し、他方の電源遮断器はそのまま電源供給を継続する。この場合には、バッテリ３３は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４、２４によって充電されており、その後に商用電源が停電しても、バッテリ給電に切り換えたバックアップ運転が可能である。
【００２５】
第１の電源系統３１のＡＣ／ＤＣコンバータ１３に故障が発生した場合には、その故障したＡＣ／ＤＣコンバータ１３を停止し、バイパスライン１５に切り換えて、第１の電源モジュール４１に電源を供給する。この場合にも、バッテリ３３には、他方のコンバータ２３から充電が行われており、その後に商用電源が停電しても、バッテリ３３からの給電によってバックアップ運転が可能である。
【００２６】
ＤＣ／ＡＣインバータ３４が故障すると、或いは、双方のＡＣ／ＤＣコンバータ１３、２３が故障すると、双方の電源系統３１、３２のバイパスライン１５、２５を経由した給電が行われる。この場合には、分電盤４３からの商用電源をそのままＵＰＳ装置１０のＡＣ出力として給電を継続し、負荷装置４０に電源を供給する。この場合には、その後に停電が発生すると、バッテリ３３を利用してのパックアップ運転はできない。
【００２７】
以上説明したように、上記実施形態のＵＰＳ装置は、以下に記載するような効果を奏する。第１の効果は、バッテリ及びインバータを双方の電源系統で共通としているので、冗長化ＵＰＳ装置のコスト、サイズ及び重量を抑えることである。第２の効果は、ＡＣ／ＤＣコンバータを冗長化しているので、一方のＡＣ出力がバイパスラインに切り換わっても、或いは、一方の電源遮断器がトリップした場合でも、残りの正常なＡＣ／ＤＣコンバータを含む電源系統によって、ＡＣ出力の給電が継続でき、バッテリの充電が行われるので、その後に停電が発生しても、バッテリによるバックアップが可能なことである。第３の効果は、常時にインバータ給電を行うので、電源装置や負荷装置に障害が発生した場合に無瞬断でのバックアップが可能である。
【００２８】
以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明のＵＰＳ装置は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。また、本発明の好適な態様として記載した各構成や実施形態で記載した各構成については、本発明の必須の構成と共に用いることが好ましいが、単独であっても有益な効果を奏する構成については、必ずしも本発明の必須の構成として説明した全ての構成と共に用いる必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のＵＰＳ装置は、入力電源系統が冗長化された負荷装置の無停電電源装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る無停電電源装置のブロック図である。
【図２】従来の無停電電源装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０：ＵＰＳ装置（無停電電源装置）
１１、２１：電源ライン
１２、２２：入力遮断器（入力ブレーカ）
１３、２３：ＡＣ／ＤＣコンバータ
１４、２４：主電源系統
１５、２５：バイパスライン
１６、２６：無瞬断切換装置
１７、２７：制御部
１８、２８：出力ライン
３３：バッテリ
３４：ＤＣ／ＡＣインバータ
４０：負荷装置
４１、４２：電源モジュール
４３：分電盤
５０：ＵＰＳ装置
５１、５３：過電流検出部
５２：第１の電源系統
５４：第２の電源系統
５５：切替部
５６：バッテリ
５７：ＡＣ／ＤＣコンバータ
５８：インバータ
６０：負荷装置
【図１】
2006246616.tif 000003
【図２】
2006246616.tif 000004