(57)【要約】【課題】  並列接続された複数台のＵＰＳに対応する電力保障装置に、充電容量のばらつきがあっても、各電力補償装置に対する充電時間の差が少なくなり、また、上位側電力喪失時においても容量が低下している電力補償装置に接続したＵＰＳの早期な故障解列を防止できる電力供給方法及び無停電電源システムを提供すること。【解決手段】  並列接続された複数台の無停電電源装置（１〜ｎ）２毎に設けられた電力補償装置６の充電状態をそれぞれ検出する。この結果、充電容量の低い電力補償装置６が接続された無停電電源装置２に対しては、負荷７への電力供給分担を下げ、この分担減少分を他の無停電電源装置２の分担をあげることで負荷が要求する電力を確保する。【選択図】図１
2006006045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を直流に変換する整流器と、この整流器により整流された直流を交流に逆変換するインバータとを有し、前記整流器からインバータへの直流部に電力補償装置が接続された無停電電源装置を、複数台並列接続して負荷に電力を供給する電力供給方法であって、
前記複数台の無停電電源装置が、整流器からの直流電力により対応する電力補償装置を充電しつつ、対応するインバータから交流出力し、前記負荷が要求する電力を互いに分担して供給する通常運転時において、
前記複数台の無停電電源装置毎に設けられた各電力補償装置の充電状態をそれぞれ検出し、充電容量の低い電力補償装置を接続した無停電電源装置に対しては、前記負荷への電力供給分担を下げて電力補償装置への充電電流を増加させ、
この分担減少分を他の無停電電源装置の分担をあげることで負荷が要求する電力を確保する
ことを特徴とする電力供給方法。
【請求項２】
交流を直流に変換する整流器と、この整流器により整流された直流を交流に逆変換するインバータとを有し、前記整流器からインバータへの直流部に電力補償装置が接続された無停電電源装置を、複数台並列接続して負荷に電力を供給する電力供給方法であって、
前記無停電電源装置の上位側電力喪失により、各無停電電源装置が、対応する電力補償装置からインバータに供給される直流電力に基づき、前記負荷が要求する電力を互いに分担して供給するバックアップ運転時において、
前記複数台の無停電電源装置毎に設けられた電力補償装置の充電状態をそれぞれ監視し、充電容量の低い電力補償装置に接続された無停電電源装置に対しては、前記負荷への電力供給分担を下げて電力補償装置からの供給電流を減少させ、
この分担減少分を他の無停電電源装置の分担をあげることで負荷が要求する電力を確保する
ことを特徴とする電力供給方法。
【請求項３】
交流を直流に変換する整流器と、この整流器により整流された直流を交流に逆変換するインバータとを有し、前記整流器からインバータへの直流部に電力補償装置が接続された無停電電源装置を、複数台並列接続して負荷に電力を供給する無停電電源システムであって、
前記複数台の無停電電源装置毎に設けられた電力補償装置の充電状態をそれぞれ検出する充電状態検出手段と、
この充電状態検出手段による検出の結果、充電容量の低い電力補償装置が接続された無停電電源装置に対しては、前記負荷への電力供給分担を下げ、この分担減少分を他の無停電電源装置の分担をあげる負荷分担制御手段と、
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】
充電電力検出手段は、電力補償装置の直流電流及び直流電圧を検出し、それらの値により充電状態を判断する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、複数台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電力供給方法及び無停電電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種産業分野において、コンピュータのような重要負荷に対し、電圧変動の少ない良質の交流電力を安定に供給する無停電電源装置（以下、ＵＰＳと呼ぶ）が広く用いられている。このＵＰＳは、充電機能を有する整流器を有し、商用電源を直流に変換して蓄電池などの電力補償装置を充電すると共に、この直流をインバータにより所定周波数の交流に逆変換し、負荷に供給するものである。そして、このＵＰＳを複数台並列接続して、より信頼性を高めた無停電電源システムが用いられるようになってきた。
【０００３】
このような無停電電源システムにおいて、各ＵＰＳに対応してそれぞれ設けられた電力補償装置の充電制御は、各ＵＰＳにおいて独立して実施しており、並列接続されたＵＰＳ間での充電制御は実施していない。
【０００４】
なお、無停電電源システムではないが、電力補償システムにおける充電時間の迅速化や充電量の適正化を図る発明は、従来から提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、複数台のＵＰＳを並列接続した無停電電源システムでの、各ＵＰＳ間での充電制御に関しては、これまで実施されていなかった。
【０００６】
ところで、無停電電源システムを構成する各ＵＰＳでは、整流器の出力は、負荷への供給分（直接的にはインバータへの供給分である） と電力補償装置への充電分の合計であり、電力補償装置への充電電流は、整流器の定格容量と、この整流器が設けられたＵＰＳの定格容量との差分となる。
【０００７】
一方、このような無停電電源システムでは、商用電源の停電などにより各ＵＰＳの上位側で電力喪失が生じると、これまで電力補償装置に充電されていた直流電力に基づき、インバータを介して負荷へ電力供給される。このとき、複数台並列接続されているＵＰＳに、電力補償装置の容量が低下しているものがあっても、負荷への電力供給は、各ＵＰＳにて均等に負荷分担されるよう制御される。このため、容量が低下している電力補償装置と接続したＵＰＳは、他の並列接続されているＵＰＳよりも早く故障解列してしまう。
【０００８】
また、このような並列接続されているＵＰＳの電力補償装置に対する充電制御では、通常時、次の上位側の電力喪失に備えて充電を実施するが、各電力補償装置の充電容量にばらつきがある場合、現状の制御方法では、充電が完了するのに差を生じてしまう。
【０００９】
図４は、ｎ台のＵＰＳを並列接続した無停電電源システムにおいて、１番目のＵＰＳ（以下、ＵＰＳ（１）とする） と、他のＵＰＳ（以下、ＵＰＳ（２〜ｎ）とする）との充電容量にばらつきがある場合を説明している。
【００１０】
図４（ａ）では、ＵＰＳ（２〜ｎ）が電力補償装置への充電がほぼ完了し、直流電流が低い値であるのに対し、ＵＰＳ（１）は対応する電力補償装置の充電が完了していないため大きな直流電流値を示し、時間Ｔ３が経過して充電が完了することにより、直流電流値はＵＰＳ（２〜ｎ）と同じ値まで低下する。
【００１１】
図４（ｂ）は、ｎ台のＵＰＳの出力電流を示しており、ｎ台並列で均等に負荷を分担しているので、ＵＳＰ（１）及び他のＵＳＰ（２〜ｎ）の出力電流は同じ値となる。
【００１２】
図４（ｃ）は、ＵＰＳ（１）の整流器電流を示しており、同図（ａ）で示した電力補償装置充電電流分と、同図（ｂ）の出力電流に相当する負荷電流分とが加算された値となり、時間Ｔ３が経過して電力補償装置の充電が完了することにより、整流器電流も低下する。
【００１３】
一方、上位側の電力喪失時には、各ＵＳＰは、対応する電力補償装置からの直流電力に基づく給電となる。その際に、容量が低下している電力補償装置が混在していると、容量が低下している電力補償装置が接続されているＵＳＰは、他のＵＳＰよりも早く故障解列してしまい、無停電電源システム全体のシステム容量の低下を招いてしまう。
【００１４】
図５は、ｎ台のＵＰＳを並列接続した無停電電源システムにおいて、１番目のＵＰＳ（１）が、他のＵＰＳ（２〜ｎ）に比べ容量が低下している場合を説明している。
【００１５】
図５（ａ）は各ＵＰＳの直流電圧の変化を示し、図５（ｂ）は各ＵＰＳの出力電流の状態を示し、図５（ｃ）は各ＵＰＳの直流電流の状態を示している。これらの図から、電力補償装置の容量が充分なＵＰＳ（２〜ｎ）は、直流電圧及び直流電流の変化は緩やかであるが、電力補償装置の容量が低下しているＵＰＳ１では、他のＵＰＳ（２〜ｎ）に比べ直流電圧及び直流電流の変化が大きく、時間Ｔ５を経過した時点で故障解列してしまう。このＵＰＳ（１）の故障解列以降は、他のＵＰＳ（２〜ｎ）が解列されたＵＰＳ（１）の負担分を分担することになるので、図５（ｂ）で示すように、それらの出力電流が増大する。
【特許文献１】特開２００２−２７１９９３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
このように複数台のＵＰＳを並列接続して負荷に電力を供給する無停電電源システムでは、各電力補償装置の充電制御を個別に行っていたので、充電容量にばらつきがある場合、充電時間に差が生じ、また、上位側の電力喪失時に電力補償装置から給電する場合は、容量が低下している電力補償装置に接続した無停電電源装置が早期に故障解列し、システム全体の容量低下が生じた。
【００１７】
本発明の目的は、並列接続された複数台のＵＰＳに対応する電力保障装置に、充電容量のばらつきがあっても、各電力補償装置に対する充電時間の差が少なくなり、また、上位側電力喪失時においても容量が低下している電力補償装置に接続したＵＰＳの早期な故障解列を防止できる電力供給方法及び無停電電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明による電力供給方法は、交流を直流に変換する整流器と、この整流器により整流された直流を交流に逆変換するインバータとを有し、前記整流器からインバータへの直流部に電力補償装置が接続された無停電電源装置を、複数台並列接続して負荷に電力を供給する電力供給方法であって、前記各無停電電源装置が、整流器からの直流電力により対応する電力補償装置を充電しつつ、対応するインバータから交流出力し、前記負荷が要求する電力を互いに分担して供給する通常運転時において、前記複数台の無停電電源装置毎に設けられた電力補償装置の充電状態をそれぞれ検出し、充電容量の低い電力補償装置が接続された無停電電源装置に対しては、前記負荷への電力供給分担を下げて電力補償装置への充電電流を増加させ、この分担減少分を他の無停電電源装置の分担をあげることで負荷が要求する電力を確保することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明方法では、前記無停電電源装置の上位側電力喪失により、各無停電電源装置が、対応する電力補償装置からインバータに供給される直流電力に基づき、前記負荷が要求する電力を互いに分担して供給するバックアップ運転時は、前記複数台の無停電電源装置毎に設けられた電力補償装置の充電状態をそれぞれ検出し、充電容量の低い電力補償装置が接続された無停電電源装置に対しては、前記負荷への電力供給分担を下げて電力補償装置からの供給電流を減少させ、この分担減少分を他の無停電電源装置の分担をあげることで負荷が要求する電力を確保する。
【００２０】
本発明による無停電電源システムは、複数台の無停電電源装置毎に設けられた電力補償装置の充電状態をそれぞれ監視する充電状態検出手段と、この充電状態検出手段による検出の結果、充電容量の低い電力補償装置が接続された無停電電源装置に対しては、前記負荷への電力供給分担を下げ、この分担減少分を他の無停電電源装置の分担をあげる負荷分担制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
本発明システムでは、充電電力検出手段には、電力補償装置の直流電流及び直流電圧を検出し、それらの値により充電状態を判断するものを用いればよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、並列接続された複数台の無停電電源装置に対応する各電力補償装置の充電容量にばらつきがあっても、各電力充電容量を短期間で均一にすることができ、かつ無停電電源装置の上位側の電力喪失時においても、全体の電力補償装置の残容量を有効に活用することにより、無停電電源システムのシステム容量を低減することがなく、システム信頼性を維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明による電力供給方法及び無停電電源システムの一実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２４】
図１は、この実施の形態における無停電電源システムの構成図である。図１（ａ）において、２はＵＰＳ（無停電電源装置）で、充電機能を有する整流器４とインバータ５とを有し、対応する電力補償装置６と接続している。整流器４の入力側は遮断器３１を介して商用電源などの交流電源１に接続し、その出力側（直流部）はインバータ５の入力側に接続している。蓄電池などからなる電力補償装置６は遮断器３２を介して上記直流部に接続しており、整流器４の出力電流により充電され、かつ上位電源喪失時にはインバータ５に対して直流電力を供給する。
【００２５】
インバータ５の出力側は遮断器３３を介してＵＰＳ２外に導出され、さらに遮断器３４を経て、他のＵＰＳ２と並列接続され、複数台（ｎ台）のＵＰＳ２を並列接続してなる無停電電源システムを構成している。この無停電電源システムの出力端は遮断器３５を介して負荷７に接続し、負荷7に交流電力を供給する。
【００２６】
このようにＵＰＳ２を複数台並列接続した無停電電源システムにおいて、電力補償装置６の充電状態を検出するため、各電力補償装置６との接続部の直流電圧Ｖ１，・・・，Ｖｎと直流電流Ｉ１，・・・，Ｉｎを検出する。また、各ＵＰＳ２の負荷分担量を検出するため、各ＵＰＳ２の出力電流ＩＯ１，・・・，ＩＯｎを検出する。
【００２７】
これら各直流電圧Ｖ１，・・・，Ｖｎおよび各直流電流Ｉ１，・・・，Ｉｎは、図１（ｂ）で示す直流電圧検出手段２１及び直流電流検出手段２２を介して負荷分担制御手段２３に入力され、各電力補償装置６の充電状態情報となる。したがって、これら電圧検出手段２１及び電流検出手段は、各電力補償装置６の充電状態を検出する充電状態検出手段として機能する。また、各出力電流ＩＯ１，・・・，ＩＯｎも出力電流検出手段２４を介して負荷分担制御手段２３に入力され、各ＵＰＳ２の負荷分担情報となる。
【００２８】
負荷分担制御手段２３は、この充電状態検出手段２１，２２による検出の結果、充電容量の低い電力補償装置６が接続されたＵＰＳ２に対しては、負荷７への電力供給分担を下げ、この分担減少分を他のＵＰＳ２の分担をあげるように制御する。すなわち、負荷分担制御手段２３の制御信号は、各ＵＰＳ２の整流器制御手段２５及びインバータ制御手段２６に出力され、上述のように、各ＵＰＳ２の負荷分担を制御する。
【００２９】
上記構成において、各ＵＰＳ２が、整流器４からの直流電力により対応する電力補償装置６を充電しつつ、対応するインバータ５から交流出力し、負荷７が要求する電力を互いに分担して供給する通常運転時では、各電力補償装置６の充電状態を直流電流値によりそれぞれ検出する。すなわち、直流電流Ｉ１，・・・，Ｉｎが低い場合は、この低い直流電流で充電されている電力補償装置６は充電容量が高いことを意味する。反対に、直流電流Ｉ１，・・・，Ｉｎが高い場合は、この高い直流電流で充電されている電力補償装置６は充電容量が低いことを意味している。
【００３０】
整流器４は、装置定格に対して設計されているため、整流器４の容量から負荷容量を引いた容量が電力補償装置６に対する充電分の容量となる。そこで、充電容量の低い電力補償装置６を有するＵＰＳ２に対しては、負荷７への電力供給分担を下げて電力補償装置６への充電電流を増加させる。この分担減少分は他のＵＰＳ２の分担をあげることで負荷７が要求する電力を確保する。
【００３１】
すなわち、検知した直流電流Ｉ１，・・・，Ｉｎが高い場合は、その電力補償装置６の充電容量が低いと判断し、負荷分担制御手段２３は、該当するＵＰＳ２のインバータ５を制御することで負荷分担を下げ、インバータ５の一次側の直流電流を低減させる。そのため、整流器４の電流は、電力補償装置６を充電する直流電流が増加し、充電時間を短縮することが可能となる。また、他のＵＰＳ２のインバータ５を制御し、負荷分担を上げることで、負荷7への必要とする電力供給を維持し、無停電電源システムの機能を維持する。
【００３２】
図２は、ｎ台並列接続された無停電電源システムにおいて、１号機である第１ＵＳＰ（１）の直流電流が大きい場合、すなわち、第１ＵＳＰ（１）に接続されている電力補償装置６の充電容量が低い場合の負荷分担制御例を表すタイムチャートである。
【００３３】
図２（ａ）で示すように、時間Ｔ１までは、第１ＵＰＳ（１）の充電容量が低いために、直流電流値が他のＵＰＳ（２〜ｎ）に比べて大きい。このため、図２（ｂ）で示すように、第１ＵＰＳ（１）の負荷分担（出力電流）を下げ、他のＵＰＳ（２〜ｎ）の負荷分担（出力電流）をあげる。その結果、図２（ｃ）で示すように、第１ＵＳＰ（１）の整流器電流は、時間Ｔ１までの間、負荷電流分が少なく、電力補償装置充電電流分が大きな割合となる。
【００３４】
時間Ｔ１以降は、第１ＵＰＳ（１）２に接続された電力補償装置６の充電状態が改善され、充電が完了する時間Ｔ２以降では、他のＵＰＳ（２〜ｎ）と同等の負荷分担状態となる。
【００３５】
このように、並列接続された各ＵＰＳ（１〜ｎ）２における各電力補償装置６への直流電流と直流電圧を検出し、その直流電流と直流電圧をもとに、その充電容量を把握する。電力補償装置６の充電を行う際に、その充電容量が低い場合は、この電力補償装置６が接続されたＵＳＰ２の負荷分担を下げることにより、整流器４の出力電流は負荷電流の割合が低下され、その分電力補償装置６への充電電流を増すことが可能となり、充電時間が低減される。
【００３６】
一方、商用電源の停電などにより各ＵＳＰ２の上位側に電力喪失が生じると、各ＵＳＰ２は、対応する電力補償装置６からインバータ５に直流電力を供給し、これに基づいて負荷７が要求する電力を供給するバックアップ運転を行う。このとき、各ＵＰＳ２に接続された電力補償装置６の充電状態はそれぞれ検出されているので、充電容量の低い電力補償装置６が接続されたＵＰＳ２に対しては、負荷７への電力供給分担を下げて対応する電力補償装置６からの供給電流を減少させる。この分担減少分は他のＵＰＳ２の分担をあげることで負荷７が要求する電力を確保する。
【００３７】
すなわち、複数台並列接続されている各ＵＰＳ２の直流電圧Ｖ１，・・・，Ｖｎを検知し、直流電圧が低い場合は、その電力補償装置６の残容量が低いと判断する。そして、この電力補償装置６が接続されたＵＰＳ２のインバータ５を制御して負荷分担を下げ、インバータ５の一次側の直流電流を低減させる。そのため、電力補償装置６の負担容量も低減され、放電時間を延長することが可能となり、電力補償装置６の残容量が少ないＵＰＳ２も、その他のＵＰＳ２と同レベルの放電時間を確保でき、無停電電源システム全体のシステム容量を低減させることがない。
【００３８】
図３に、ｎ台並列接続された無停電電源システムにおいて、１号機である第１ＵＳＰ（１）の直流電圧が低い場合の、分担制御例のタイムチャートを示す。
【００３９】
すなわち、第１ＵＰＳ（１）に接続された電力補償装置６の残容量が低いために、図３（ａ）（ｃ）で示すように、時間Ｔ４までは、直流電圧及び直流電流の変化の度合いが他のＵＰＳ（２〜ｎ）に比べて大きい。このため、このままでは、第１ＵＰＳ（１）のみが早期に故障解列されてしまい、無停電電源システム全体のシステム容量が低減してしまう。
【００４０】
そこで、図３（ｂ）で示すように、時間Ｔ４以降、第１ＵＰＳ（１）の負荷分担（出力電流）を下げ、他のＵＰＳ（２〜ｎ）の負荷分担（出力電流）をあげる。その結果、図３（ａ）（ｃ）で示すように、第１ＵＳＰ（１）の直流電圧及び直流電流の変化の度合いが緩やかになり、時間Ｔ６において他のＵＰＳ（２〜ｎ）と同等の状態になる。すなわち、従来のように、第１ＵＰＳ（１）のみが早期に故障解列されることはなく、無停電電源システム全体のシステム容量を長期間にわたって維持することができる。
【００４１】
このように、並列接続された各ＵＰＳ（１〜ｎ）２における各電力補償装置６への直流電流と直流電圧を検出し、その直流電流と直流電圧をもとに、その充電容量を把握する。無停電電源システムの上位側の電源喪失時には、各ＵＰＳ（１〜ｎ）２は対応する電力補償装置６より電力供給されるが、その際に充電容量が低い電力補償装置６が接続されているＵＰＳ（１）２については、その負荷分担を下げることにより、電力補償装置６からの放電時間を他のＵＰＳ（２〜ｎ）２と合わせることができる。したがって、充電容量低下によりＵＰＳ（１）２が故障解列し、システム容量が低下するという事態を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による無停電電源システムの一実施の形態を示しており、（ａ）はシステム構成図、（ｂ）は負荷分担制御部分のブロック図である。
【図２】同上一実施の形態における通常運転時における負荷分担制御例を示すタイムチャートである。
【図３】同上一実施の形態におけるバックアップ運転時における負荷分担制御例を示すタイムチャートである。
【図４】従来の通常運転時における負荷分担制御例を示すタイムチャートである。
【図５】従来のバックアップ運転時における負荷分担制御例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
２    無停電電源装置（ＵＰＳ）
４    整流器
５    インバータ
６    電力補償装置
７    負荷
２１    充電状態監視手段として機能する直流電圧検出手段
２２    充電状態監視手段として機能する直流電流検出手段
２３    負荷分担制御手段
【図１】
2006006045.tif 000003
【図２】
2006006045.tif 000004
【図３】
2006006045.tif 000005
【図４】
2006006045.tif 000006
【図５】
2006006045.tif 000007