(57)【要約】【課題】  システム拡張性に優れ、且つ信頼性及び保守性に優れたフレキシブルな無停電電源システムを提供する。【解決手段】  第1の入力端子に商用電源４を接続し、この第1の入力端子と出力端子間に半導体開閉器３２と第1の開閉器３３を並列に接続し、第２の入力端子と前記出力端子間に第２の開閉器３１を接続して２系統の入力を選択的に切換えるようにした系統切換装置３と、商用電源１を直流に変換して電力蓄積手段２５に供給し、この直流をインバータ回路２３で交流に変換して前記第２の入力端子に給電するようにした無停電電源装置２と、前記系統切換装置３を切換制御する切換制御装置５とを具備し、前記半導体開閉器３２記第1の開閉器３３記切換制御装置５らの開閉指令で動作させ、前記第２の開閉器３１記切換制御装置５らの開閉指令と、前記無停電電源装置２らの開閉指令の論理和で動作させるようにする。【選択図】  図１
2006060963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の入力端子に商用電源を接続し、
この第1の入力端子と出力端子間に半導体開閉器と第1の開閉器を並列に接続し、
第２の入力端子と前記出力端子間に第２の開閉器を接続して２系統の入力を選択的に切換えるようにした系統切換装置と、
商用電源を直流に変換して電力蓄積手段に供給し、
この直流をインバータ回路で交流に変換して前記第２の入力端子に給電するようにした無停電電源装置と、
前記系統切換装置を切換制御する切換制御装置と
を具備し、
前記半導体開閉器と前記第1の開閉器は前記切換制御装置からの開閉指令で動作させ、
前記第２の開閉器は前記切換制御装置からの開閉指令と、前記無停電電源装置からの開閉指令の論理和で動作させるようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項２】
第1の入力端子に商用電源を接続し、
この第1の入力端子と出力端子間に半導体開閉器と第1の開閉器を並列に接続し、
第２の入力端子と前記出力端子間に第２の開閉器を接続して２系統の入力を選択的に切換えるようにした系統切換装置複数台と、
商用電源を直流に変換して電力蓄積手段に供給し、
この直流をインバータ回路で交流に変換して前記複数台の系統切換装置の第２の入力端子に夫々給電するようにした無停電電源装置複数台とで
複数組の並列システムを構成し、
前記複数台の系統切換装置を一括して切換制御する切換制御装置を前記複数組の並列システムのうちの１つの並列システム内に設け、
前記各並列システム内の半導体開閉器及び前記第1の開閉器は、前記切換制御装置からの開閉指令で動作させ、
前記各並列システム内の第２の開閉器は前記切換制御装置からの開閉指令と、同一の並列システム内の前記無停電電源装置からの開閉指令の論理和で動作させるようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項３】
第1の入力端子に商用電源を接続し、
この第1の入力端子と出力端子間に半導体開閉器と第1の開閉器を並列に接続し、
第２の入力端子と前記出力端子間に第２の開閉器を接続して２系統の入力を選択的に切換えるようにした系統切換装置複数台を筐体に収納し、
第１の入力端子同士及び第２の入力端子同士を接続した系統切換盤と、
商用電源を直流に変換して電力蓄積手段に供給し、
この直流をインバータ回路で交流に変換して前記複数台の系統切換装置の第２の入力端子に夫々給電するようにし、その入力及び出力を並列接続した複数台の無停電電源装置と、
前記系統切換盤内に設けられ、前記複数台の系統切換装置を一括して切換制御する切換制御装置と
を具備し、
前記系統切換盤内の半導体開閉器及び前記第1の開閉器は、前記切換制御装置からの開閉指令で動作させ、
前記系統切換盤内の第２の開閉器は前記切換制御装置からの開閉指令と、前記無停電電源装置からの開閉指令の論理和で動作させるようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項４】
第1の入力端子に商用電源を接続し、
この第1の入力端子と出力端子間に半導体開閉器と第1の開閉器を並列に接続し、
第２の入力端子と前記出力端子間に第２の開閉器を接続して２系統の入力を選択的に切換えるようにした系統切換装置複数台を筐体に収納し、
第１の入力端子同士及び第２の入力端子同士を接続した系統切換盤と、
商用電源を直流に変換して電力蓄積手段に供給し、
この直流をインバータ回路で交流に変換して前記複数台の系統切換装置の第２の入力端子に夫々給電するようにし、その入力及び出力を並列接続した複数台の無停電電源装置と、
前記系統切換盤内に設けられ、前記複数台の系統切換装置を一括して切換制御する切換制御装置と
を具備し、
前記系統切換盤内の半導体開閉器及び前記第1の開閉器は、前記切換制御装置からの開閉指令で動作させ、
前記系統切換盤内の第２の開閉器は前記切換制御装置からの開閉指令と、前記無停電電源装置からの開閉指令の論理和で動作させるようにした並列システム
を複数組備え、
前記複数組の並列システムの切換制御装置同士をループ状に接続し、
そのうちの1つの切換制御装置が制御主体として動作するようにしたことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項５】
前記複数台の系統切換装置のうち少なくとも２台を、
各デバイスが当該系統切換装置の各々の前記半導体開閉器、前記第1の開閉器並びに前記第２の開閉器の夫々の合計容量を有する１台の系統切換装置に置き換えたことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の無停電電源システム。
【請求項６】
前記系統切換装置の前記半導体開閉器と前記第1の開閉器の並列回路に直列にリアクトルを挿入したことを特徴とする請求項２に記載の無停電電電源システム。
【請求項７】
前記系統切換盤内に空きスペースを設け、前記無停電電源装置の増設に備えて前記系統切換装置を増設可能としたことを特徴とする請求項３に記載の無停電電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置と系統切換装置を用いて構成する改良された無停電電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の無停電電源システムは、電力蓄積要素と変換器とから構成され常時交流出力を負荷に供給する無停電電源装置と、万一無停電電源装置が故障したとき、直送回路またはその他の交流電源回路へ負荷への給電を切換えるための系統切換装置とを組み合せることによって信頼性の高い電力供給を実現している。また、特に重要な負荷に対しては、無停電電源装置を並列に接続し、１台または複数台の無停電電源装置の故障が発生したとき、故障した無停電電源装置のみを切り離すことにより無停電運転を継続する並列システムが採用されている。
【０００３】
無停電電源装置と系統切換装置の構成としては、複数台の並列無停電電源装置に対して、系統切換装置を１台のみ用意し、無停電電源装置によって負荷を供給できない状態、またはあらかじめ決められた台数の無停電電源装置が故障した場合に系統切換装置を無停電電源装置側から商用または別電源側に切換える方式が一般的である。
【０００４】
ただしこの場合、負荷の増加に応じて無停電電源を増設しようとした場合、系統切換装置については想定可能な最大容量で予め製作しておく必要がある。したがって、無停電電源システムとしての最大容量は系統切換装置の容量によって制約を受けることになる（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
一方、無停電電源装置と系統切換装置を一体化した装置を直接複数台並列させる構成も提案されている。この場合、切換の判断を行う共通部を用意し、負荷を供給可能な範囲の無停電電源装置の故障に対しては単純に無停電電源装置を停止させ、他の無停電電源装置による電力供給を継続する。負荷の供給が不可能またはあらかじめ決められた台数の無停電電源装置が故障した場合、全ての無停電電源装置に付属した系統切換装置を一斉に商用または別電源側に切換ることによって給電を継続する（例えば非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第３２１７４３５号公報（第１−３頁、図３）
【非特許文献１】“ＭＡＸＩＭＵＭ  ＡＶＡＩＬＡＢＩＬＩＴＹ  ＡＴ  ＭＩＮＩＭＡＬ  ＣＯＳＴ”、Ｗｈｉｔｅ  Ｐａｐｅｒｓ  ｆｏｒ  ＴｈｒｅｅＰｈａｓｅ  ＵＰＳ  ａｎｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｐｒｏｄｕｃｔ  Ｎｏ．２３、Ｌｉｅｂｅｒｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  ［平成１５年１１月１１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.liebert.com/support/whitepapers/documents/lbtspmax.asp＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複数台の並列無停電電源装置に対して１台の系統切換装置のみを有する無停電電源システムにおいては、上述したように最大容量が系統切換装置によって決定されてしまうため、初期投資が増加し、また予定以上の負荷増加に対処することが困難で、システム拡張性に問題があった。また切換装置の保守を行う場合、無停電電源装置による電力供給が困難になるといった欠点も有していた。
【０００７】
また、複数台の無停電電源装置と系統切換装置を一体化して並列にするシステムの場合、共通の切換制御装置を保守する場合に無停電電源による供給ができなくなるという問題があった。さらに、各無停電電源装置に内蔵した系統切換装置が１台でも誤動作した場合は無停電電源装置による供給が不可能となることから、システムとしての信頼性は上記のような系統切換装置を１台とした場合に比較して低下してしまう。
【０００８】
従って本発明は、システム拡張性に優れ、且つ信頼性及び保守性に優れたフレキシブルな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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の無停電電源システムは、第1の入力端子に商用電源を接続し、この第1の入力端子と出力端子間に半導体開閉器と第1の開閉器を並列に接続し、第２の入力端子と前記出力端子間に第２の開閉器を接続して２系統の入力を選択的に切換えるようにした系統切換装置と、商用電源を直流に変換して電力蓄積手段に供給し、
この直流をインバータ回路で交流に変換して前記第２の入力端子に給電するようにした無停電電源装置と、前記系統切換装置を切換制御する切換制御装置とを具備し、前記半導体開閉器と前記第1の開閉器は前記切換制御装置からの開閉指令で動作させ、前記第２の開閉器は前記切換制御装置からの開閉指令と、前記無停電電源装置からの開閉指令の論理和で動作させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、自由なシステム構成で無停電電源装置と系統切換装置の配置が可能となり、システム拡張性に優れ、且つ信頼性及び保守性に優れたフレキシブルな無停電電源システムを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の実施例１を示す無停電電源システムの回路構成図である。
【００１３】
三相交流入力電源１からの入力は無停電電源装置２に供給され、無停電電源装置２は系統切換装置３に交流出力を供給する。無停電電源装置２の内部構成は以下の通りである。
【００１４】
三相交流入力電源１からの入力を、入力開閉器２１を介してコンバータ回路２２に供給する。このコンバータ回路２２によって整流された直流電圧を、インバータ回路２３に供給する。インバータ回路２３は直流電圧を交流に再変換し、出力へ交流電力を供給する。また、直流部には直流開閉器２４を介して蓄電池２５が接続され、交流入力電源１の停電時には蓄電池２５の電力をインバータ回路２３によって変換して安定した交流出力を得ている。尚、無停電電源装置２が発生する不要な交流成分を除去するためにフィルタ回路が設けられるのが普通であるが、図示を省略している。
【００１５】
次に系統切換装置３の内部構成について説明する。
【００１６】
無停電電源装置２の出力から機械式開閉器３１（以下単に開閉器３１と称する。）を介して接続されるＵＰＳラインと、バイパス入力電源４から機械式開閉器３２（以下単に開閉器３２と称する。）と半導体開閉器３３の並列回路を介して接続されるバイパスラインとを接続し、図示しない負荷に電力を供給している。このように系統切換装置３を構成することにより、系統切換装置３の出力は、無停電電源装置２の出力とバイパス入力電源４とが選択的に切換えられる。
【００１７】
また、切換制御装置５は無停電電源装置２および系統切換装置３とは分離した独立機能素子として用意され、系統切換装置３内の各デバイスである開閉器３１、開閉器３２及び半導体開閉器３３を開閉制御する。
【００１８】
上記構成における切換制御装置５の動作は以下の通りである。
【００１９】
切換制御装置５はＵＰＳラインとバイパスラインを切換えるための全体制御を行う。このため、ＵＰＳラインから負荷に電力を供給すべき状態では開閉器３１をオンし開閉器３２をオフする。逆にバイパスラインから負荷に電力を供給すべき状態では開閉器３２をオンし開閉器３１をオフする。半導体開閉器３３は、ＵＰＳラインからバイパスラインへの切換えを無瞬断で行うために設けられ、開閉器３２の動作遅れを補っている。すなわち、ＵＰＳラインからバイパスラインに切換えるとき、切換制御装置５は開閉器３１にオフ指令を与えるが、ほぼ同時に半導体開閉器３３にオン指令を与える。半導体開閉器３３は動作遅れがほぼゼロのため、このようにすれば無瞬断の切換えを実現できる。尚、開閉器３２が遅れてオンしたあと、半導体開閉器３３をオフするようにする。
【００２０】
以上のように系統切換装置３内の各デバイスは切換制御装置５の指令によって動作するが、ＵＰＳラインの開閉器３１については無停電電源装置２から直接の開閉制御も可能となるようにしている。これは例えば無停電電源装置２が過電流異常となったとき、切換制御装置５経由では動作遅れが問題となるため、直接開閉器３１を直接オフすることが可能なようにするためである。
【００２１】
以上説明したように、本発明に依れば、系統切換装置３と切換制御装置５とを分離し、系統切換装置３内のデバイス制御の動作協調を図るようにしたので、システム拡張性に優れ、且つ信頼性及び保守性に優れたフレキシブルな無停電電源システムを提供することが可能となる。
【実施例２】
【００２２】
図２は本発明に係る無停電電源システムの実施例２を示す回路構成図である。
【００２３】
この実施例２の各部について図１の実施例１に係る無停電電源システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、図１の無停電電源装置２に代えて無停電電源装置２Ａ、２Ｂ及び２Ｃを並列に接続した点、またこれに伴い、系統切換装置３に代え、無停電電源装置２Ａ、２Ｂ及び２ＣのＵＰＳラインとバイパスラインとを切換えるための系統切換装置３Ａ、３Ｂ及び３Ｃを夫々設けて無停電電源システム６Ａ、６Ｂ及び６Ｃを構成するようにした点、更に、切換制御装置５に代え、無停電電源システム６Ａにのみ切換制御装置５Ａを設けた点である。
【００２４】
このように、一つの無停電電源システム６Ａ内に無停電電源装置２Ａと系統切換装置３Ａと切換制御装置５Ａとを内蔵し、他の無停電電源システム６Ｂ及び６Ｃには無停電電源装置２Ｂ及び２Ｃ、系統切換装置３Ｂ及び３Ｃが夫々内蔵されるように全体の無停電電源システムを構成すると、既設の無停電電源システムに対し、システム容量を増加させることが容易に可能となる。
【００２５】
また、全ての系統切換装置３Ａ、３Ｂ及び３ＣのＵＰＳラインとバイパスラインの切換えにおけるバイパス側スイッチの開閉制御は切換制御装置５Ａのみから行われるため、切換制御部分が単一となり、信頼性を損なうことがない。
【００２６】
尚、系統切換装置３A、３B及び３C内の各デバイスの開閉制御動作については、実施例１で説明した動作と同様であるので説明を省略する。
【００２７】
また、バイパスラインによる給電時の電流バランスをとるためのインピーダンスを、各系統切換装置３Ａ、３Ｂ及び３Ｃ内のバイパスライン回路に直列に挿入することにより、配置を選ばすに並列システムを構築することが可能となる。
【実施例３】
【００２８】
図３は本発明に係る無停電電源システムの実施例３を示す回路構成図である。
【００２９】
この実施例３の各部について図１の実施例１に係る無停電電源システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、図１の無停電電源装置２に代えて無停電電源装置２Ｄ、２Ｅ及び２Ｆを並列に接続し、出力も並列に接続するようにした点、またこれに伴い、系統切換装置３に代え、無停電電源装置２Ｄ、２Ｅ及び２Ｆの並列出力のＵＰＳラインとバイパスラインとを切換えるための系統切換装置３Ｄ、３Ｅ及び３Ｆを夫々設け，これらの系統切換装置３Ｄ、３Ｅ及び３Ｆを系統切換制御盤７に収納するようにした点、更に、切換制御装置５に代え、系統切換制御盤７に収納される切換制御装置５Ｂを設けた点である。
【００３０】
このように単一で機能する無停電電源装置２Ｄ、２Ｅ及び２Ｆを必要容量分並列接続し、系統切換装置３Ｄ、３Ｅ及び３Ｆも必要容量分並列接続すると、既設の無停電電源システムに対し、システム容量を増加させることが容易に可能となる。また、共通の切換制御装置５Ｂを内蔵した系統切換制御盤７を使用すれば、全ての系統切換装置３Ｄ、３Ｅ及び３ＦのＵＰＳラインとバイパスラインの切換えにおけるバイパス側スイッチの開閉制御は切換制御装置５Ｂのみから行われるため、切換制御部分が単一となり、信頼性を損なうことがない。尚、系統切換装置３D、３E及び３F内の各デバイスの開閉制御動作については、実施例１で説明した動作と基本的に同様である。
【００３１】
さらに、系統切換制御盤７に系統切換装置を増設可能な空きスペースを用意しておけば、
既設の無停電電源システムに対し、システム容量を増加させることが容易に可能となる。
【００３２】
また、システム運用中に系統切換装置を追加するようにすれば、システムを停止させることなく、システム全体の増設を行うことも可能となる。
【実施例４】
【００３３】
図４は本発明に係る無停電電源システムの実施例３を示す回路構成図である。
【００３４】
この実施例４の各部について図３の実施例３に係る無停電電源システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例４が実施例３と異なる点は、図３の切換制御装置５Ｂを収納した切換制御盤７を、切換制御装置５Ｃを収納した切換制御盤７Ａに置き換えた点と、無停電電源装置２Ｇ、２Ｈ及び２Ｊを並列構成し、この並列出力をバイパスラインと切換えるため、系統切換装置３Ｇ、３Ｈ及び３Ｊ及び切換制御装置５Ｄから構成される切換制御盤７Ｂを設け、切換制御盤７Ａの出力と切換制御盤７Ｂの出力を、非常時にお互いに電力を融通可能にするために母線連絡開閉器８で接続可能にした点である。
【００３５】
上記構成は、実施例３に示した並列システムを２組用意し、それぞれの切換制御装置７Ａ及び７Ｂを１台づつ配置した構成である。この切換制御装置７Ａ及び７Ｂは互いにループ状に接続され、マスタ−スレーブ構成またはトークンパッシング等の手法を用いて制御主体を何れかの１台とし、且つその制御主体を他の１台に変更することも可能な構成としている。尚、系統切換装置３D、３E及び３F並びに系統切換装置３G、３H及び３J内の各デバイスの開閉制御動作については、実施例１で説明した動作と基本的に同様である。
【００３６】
このように設備容量や使い勝手に応じて、複数の並列システムをさらに並列に接続し、夫々の並列システムの切換制御装置を、どちらか一方が主体として動作するように設定可能なように構成すれば、システム拡張性に優れ、且つ信頼性及び保守性に優れたフレキシブルな無停電電源システムを提供することが可能となる。
【実施例５】
【００３７】
図５は本発明に係る無停電電源システムの実施例５を示す回路構成図である。
【００３８】
この実施例５の各部について図４の実施例４に係る無停電電源システムの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例５が実施例４と異なる点は、図４の系統切換装置３Ｄ、３Ｅ及び３Ｆを、３倍の容量を持つ系統切換装置３Ｋに置き換えた点と、同様に系統切換装置３Ｇ、３Ｈ及び３Ｊを、３倍の容量を持つ系統切換装置３Ｌに置き換えた点である。系統切換装置３K及び３L内の各デバイスの開閉制御動作については、実施例１で説明した動作と基本的に同様である。
【００３９】
このように、最小単位として構成される並列システムに用いる系統切換装置を、各無停電電源装置と同一容量のものを並列接続するのではなく、予めシステム容量分の装置を設置するようにすれば、部品数の削減となるため更にシステム信頼性を向上することが可能となる。
【００４０】
尚、図４及び図５において、無停電電源装置２Ｇ、２Ｈ及び２Ｊで構成される並列システムへの給電を、無停電電源装置２Ｄ、２Ｅ及び２Ｆで構成される並列システムと同一の３相交流入力電源１から行うようにしているが、別の電源から給電しても良い。また同様に切換制御盤７Ｂまたは７Dへのバイパスラインの給電も必ずしもバイパス入力電源４から行う必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１を示す無停電電源システムの回路構成図。
【図２】本発明の実施例２を示す無停電電源システムの回路構成図。
【図３】本発明の実施例３を示す無停電電源システムの回路構成図。
【図４】本発明の実施例４を示す無停電電源システムの回路構成図。
【図５】本発明の実施例５を示す無停電電源システムの回路構成図。
【符号の説明】
【００４２】
１  ３相交流入力電源
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ、２Ｊ  無停電電源装置
３  ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｈ、３Ｊ、３Ｋ，３Ｌ  系統切換装置
４  バイパス入力電源
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ  切換制御装置
６Ａ，６Ｂ、６Ｃ  無停電電源システム
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ  系統切換制御盤
８  母線連絡開閉器
【図１】
2006060963.tif 000003
【図２】
2006060963.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006060963.tif 000006
【図５】
2006060963.tif 000007