(57)【要約】【課題】システム効率が良く、冗長性のある無停電電源システムを提供する。【解決手段】  系統４の異常時に蓄電デバイスに蓄積された直流電力を交流電力に変換して負荷６に供給する無停電電源システム１において、系統４と負荷６との間に常時商用給電方式の無停電電源装置３と、常時インバータ給電方式の無停電電源装置３と、を直列に接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統の異常時に蓄電デバイスに蓄積された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する無停電電源システムであって、
系統と負荷との間に常時商用給電方式の無停電電源装置と、常時インバータ給電方式の無停電電源装置と、を直列に接続したことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項２】
前記常時商用給電方式の無停電電源装置は、
系統からの電力の供給／遮断を切り替える切替手段と、
前記切替手段に対して並列に接続されたバイパススイッチと、
前記切替手段の出力側に接続された第１蓄電デバイスと、
前記切替手段と第１蓄電デバイスとの間に介挿された双方向電力変換器と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の無停電電源システム。
【請求項３】
前記常時インバータ給電方式の無停電電源装置は、
常時商用給電方式の無停電電源装置から入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記直流電力から系統電力に同期した交流電力を得るインバータと、
前記インバータに直流電圧を供給する第２蓄電デバイスと、
前記コンバータとインバータとから成る電力変換部をバイパスするバイパス回路と、
前記バイパス回路からの負荷への給電または前記インバータからの負荷への給電を無瞬断で切り替えるバイパス切替回路と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の無停電電源システム。
【請求項４】
請求項３記載の無停電電源システムにおいて、
通常運転時は、前記選択切替器をバイパス回路側に接続し、常時商用給電方式の無停電電源装置から出力された交流電力をバイパス回路経由で負荷に給電することを特徴とする無停電電源システムの制御方法。
【請求項５】
請求項２または３記載の無停電電源システムにおいて、
常時インバータ給電方式の無停電電源装置の点検時または故障時には、前記選択切替器をバイパス回路側に接続し、常時商用給電方式の無停電電源装置により負荷への給電を補償することを特徴とする無停電電源システムの制御方法。
【請求項６】
請求項３記載の無停電電源システムにおいて、
常時商用給電方式の無停電電源装置の点検時または故障時には、バイパススイッチを投入し、常時インバータ給電方式の無停電電源装置により負荷への給電を補償することを特徴とする無停電電源システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置に係り、特に、常時インバータ給電方式の無停電電源装置と、常時商用給電方式の無停電電源装置と、を組み合わせた無停電電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
入力電源に瞬低や停電が発生しても、負荷に絶え間なく電力を供給し続ける電源装置として、無停電電源装置（ＵＰＳ）が広く利用されている。無停電電源装置としては、常時インバータ給電方式と常時商用給電方式とが一般的に知られている。以下、常時インバータ給電方式と常時商用給電方式の無停電電源装置の概略を説明する。
【０００３】
（１）常時インバータ給電方式
図７に、常時インバータ給電方式の無停電電源装置２の回路構成図（（ａ）常時，（ｂ）停電発生時）の一例を示す。
【０００４】
常時は、図７（ａ）に示すように、系統（例えば、商用電源）４から無停電電源装置２に入力された交流電力を、コンバータＣＮＶにより一旦直流電力に変換し、この直流電力をインバータ（例えば、定電圧定周波数インバータ）ＩＮＶ１で系統４に同期した交流電力に変換して負荷６に供給する。
【０００５】
系統４に瞬低または停電が発生すると、図７（ｂ）に示すように、直流電力の供給源は、即時にコンバータＣＮＶから蓄電器５Ａに切り替わり、負荷電力は系統４の影響を受けずに連続して供給される。
【０００６】
なお、ＢＣは無停電電源装置の保守点検時や万一の故障時に直送入力された電力を供給するためのバイパス回路を示す。前記直送入力は、商用の交流電源または、自家発電設備など、系統４とは別の交流電源とする。
【０００７】
（２）常時商用給電方式
図８に、常時商用給電方式の無停電電源装置３の回路構成図（（ａ）常時，（ｂ）停電発生時）の一例を示す。
【０００８】
常時は、系統（例えば、商用電源）４から無停電電源装置３に入力された交流電力は、双方向電力変換器ＩＮＶ２を通さずに交流のまま、高速スイッチ７を介して負荷６に供給される。同時に、高速スイッチ７から出力された交流電力は双方向電力変換器ＩＮＶ２を介して直流電力に変換され、蓄電デバイス５Ｂに充電される。前記蓄電デバイス５Ｂが、鉛蓄電池等の場合は双方向電力変換器ＩＮＶ２による浮動充電が行われ、リチウムイオン電池やナトリウム硫黄電池等の場合は充電完了後に双方向電力変換器ＩＮＶ２をゲートブロックする。
【０００９】
系統４に瞬低や停電が発生すると、図８（ｂ）に示すように、蓄電デバイス５Ｂから直流電圧を放電し、その直流電圧を双方向電力変換器ＩＮＶ２によって交流電圧に変換し、負荷６に給電される。
【００１０】
なお、ＢＳはバイパススイッチを示し、高速スイッチ７の保守点検時や、万一の故障時に投入され、系統４から出力された交流電力が、そのまま負荷６に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−７０１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、前記常時インバータ給電方式，常時商用給電方式の無停電電源装置２，３にはそれぞれ下記に示す問題点があった。
【００１３】
常時インバータ給電方式の無停電電源装置２では、コンバータＣＮＶにおいて交流‐直流変換，さらにインバータＩＮＶ１において直流‐交流変換を行い、負荷６に給電される。そのため、電力変換器（コンバータＣＮＶ，インバータＩＮＶ１）での損失が多く、システム効率が低かった。
【００１４】
また、常時インバータ給電方式の無停電電源装置２では、並列冗長運転が可能であるが、常時商用給電方式の無停電電源装置３では、並列冗長運転ができなかった。
【００１５】
すなわち、常時インバータ給電方式の無停電電源装置２では、図９（ａ）に示すように、並列冗長運転した場合、常にインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ１´で協調を取って負荷６に給電することが可能である。そのため、系統４側に瞬低や停電が発生しても横流等が発生することなく、負荷６に給電することができる。
【００１６】
しかしながら、図９（ｂ）に示すように、常時商用給電方式の無停電電源装置３では、並列冗長運転した場合、系統４側で瞬低や停電等が発生すると、高速スイッチ７，７´を同時に遮断しないと一方の高速スイッチ７（あるいは７´）に倍の電流あるいは、横流が流れる可能性があった。そのため、常時商用給電方式の無停電電源装置３は、並列冗長運転を行うことができなかった。
【００１７】
以上示したようなことから、システム効率が良く、冗長性のある無停電電源システムを提供することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、前記従来の問題に鑑み案出されたもので、その一態様は、系統の異常時に蓄電デバイスに蓄積された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する無停電電源システムであって、系統と負荷との間に常時商用給電方式の無停電電源装置と、常時インバータ給電方式の無停電電源装置と、を直列に接続したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の他の態様は、前記常時商用給電方式の無停電電源装置は、系統からの電力の供給／遮断を切り替える切替手段と、前記切替手段に対して並列に接続されたバイパススイッチと、前記切替手段の出力側に接続された第１蓄電デバイスと、前記切替手段と第１蓄電デバイスとの間に介挿された双方向電力変換器と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の他の態様は、前記常時インバータ給電方式の無停電電源装置は、常時商用給電方式の無停電電源装置から入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力から系統電力に同期した交流電力を得るインバータと、前記インバータに直流電圧を供給する第２蓄電デバイスと、前記コンバータとインバータとから成る電力変換部をバイパスするバイパス回路と、前記バイパス回路からの負荷への給電または前記インバータからの負荷への給電を無瞬断で切り替えるバイパス切替回路と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の他の態様は、通常運転時は、前記選択切替器をバイパス回路側に接続し、常時商用給電方式の無停電電源装置から出力された交流電力をバイパス回路経由で負荷に給電することを特徴とする。
【００２２】
本発明の他の態様は、常時インバータ給電方式の無停電電源装置の点検時または故障時には、前記選択切替器をバイパス回路側に接続し、常時商用給電方式の無停電電源装置により負荷への給電を補償することを特徴とする。
【００２３】
本発明の他の態様は、常時商用給電方式の無停電電源装置の点検時または故障時には、バイパススイッチを投入し、常時インバータ給電方式の無停電電源装置により負荷への給電を補償することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、システム効率が良く、冗長性のある無停電電源システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態における無停電電源システムの一例を示す回路構成図。
【図２】正常運転時における無停電電源システムの動作を示す回路構成図。
【図３】瞬低または停電発生時における無停電電源システムの動作を示す回路構成図。
【図４】瞬低または停電発生時における無停電電源システムの動作を示す回路構成図。
【図５】瞬低または停電復帰時における無停電電源システムの動作を示す回路構成図。
【図６】瞬低または停電復帰時における無停電電源システムの動作を示す回路構成図。
【図７】従来の常時インバータ給電方式における無停電電源装置の一例を示す回路構成図。
【図８】従来の常時商用給電方式における無停電電源装置の一例を示す回路構成図。
【図９】従来の並列冗長システムにおける無停電電源装置の一例を示す回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の無停電電源システムは、システム効率が良く、冗長性のあるシステムを提供するために、常時インバータ給電方式の無停電電源装置と、常時商用給電方式の無停電電源装置と、を直列に接続したものである。
【００２７】
［実施形態］
本実施形態の無停電電源システム１を、図１に基づき説明する。本実施形態の無停電電源システム１は、系統（例えば、商用電源）４と負荷６との間に、常時商用給電方式の無停電電源装置（以下、商用給電部と称する）３と、常時インバータ給電方式の無停電電源装置（以下、インバータ給電部と称する）２と、が直列に接続される。
【００２８】
前記商用給電部３は、従来の常時商用給電方式の無停電電源装置３と同等の主回路で構成され、系統４からの電力の供給／遮断を切り替える切替手段としての高速スイッチ７と、該高速スイッチ７に対して並列に接続されたバイパススイッチＢＳと、前記高速スイッチ７の出力側に接続された蓄電デバイス５Ｂと、高速スイッチ７と蓄電デバイス５との間に介挿された双方向電力変換器ＩＮＶ２と、を備える。
【００２９】
前記高速スイッチ７は、図１ではサイリスタの逆並列接続回路が示されているが、ＩＧＢＴ，トランジスタ，ＦＥＴ等の別の半導体スイッチ、または、半導体スイッチと機械的スイッチの組み合わせで構成することもできる。なお、バイパススイッチＢＳは、高速スイッチ７の保守点検時や、万一の故障時に投入され、系統４から出力された交流電力が、そのままインバータ給電部２に供給される。前記蓄電デバイス５としては、例えば、鉛蓄電池やリチウムイオン電池，ナトリウム硫黄電池等が挙げられる。前記双方向電力変換器ＩＮＶ２はＡＣ−ＤＣ変換機能（すなわちコンバータ機能）と、ＤＣ−ＡＣ変換機能（すなわちインバータ機能）と、を有している。
【００３０】
前記常時インバータ給電部２は、従来の常時インバータ給電方式の無停電電源装置２と同等の主回路で構成され、前記商用給電部３から入力された交流電力を直流電力に変換するコンバータＣＮＶと、前記直流電力から系統４電力に同期した交流電力を得るインバータＩＮＶ１と、前記コンバータＣＮＶとインバータＩＮＶ１との間に介挿された蓄電デバイス５Ａと、コンバータＣＮＶとインバータＩＮＶ１から成る電力変換部をバイパスするように設けられたバイパス回路ＢＣと、前記バイパス回路ＢＣからの負荷６への給電または前記インバータＩＮＶ１からの負荷６への給電を無瞬断で切り替えるバイパス切替回路８と、を備える。
【００３１】
前記バイパス切替回路８は、半導体スイッチとしてのサイリスタスイッチＴＳと、サイリスタスイッチＴＳに並列に接続された選択切替器ＳＷと、を備える。
【００３２】
以下、（１）正常運転時，（２）瞬低または停電発生時，（３）瞬低または停電復帰時における無停電電源システム１の動作手順を図２〜図５に基づき説明する。ここで、瞬低または停電の発生は、系統４側で発生するものとする。
【００３３】
（１）正常運転時
図２に示すように、商用給電部３の高速スイッチ７をＯＮ制御し、インバータ給電部２の選択切替器ＳＷをバイパス回路ＢＣ側に接続する。この時、商用給電部３のバイパススイッチＢＳは開放し、インバータ給電部２のサイリスタスイッチＴＳはＯＦＦ制御としておく。
【００３４】
これにより、系統４から商用給電部３に入力された交流電力は高速スイッチ７を介してインバータ給電部３に出力される。この時、高速スイッチ７から出力された交流電力は双方向電力変換器ＩＮＶ２にも出力され、この双方向電力変換器ＩＮＶ２で直流電力に変換されて蓄電デバイス５Ｂに充電される。ここで、前記蓄電デバイス５Ｂが鉛蓄電池等の場合は、双方向電力変換器ＩＮＶ２による浮動充電が行われ、リチウムイオン電池やナトリウム硫黄電池等の場合は、充電完了後に双方向電力変換器ＩＮＶ２がゲートブロックされる。
【００３５】
前記インバータ給電部２に入力された交流電力は、バイパス回路ＢＣおよび選択切替器ＳＷを介して負荷６に供給される。
【００３６】
（２）瞬低または停電発生時
（２）−１
図３に示すように、商用給電部３の高速スイッチ７をＯＦＦ制御する。この時、バイパススイッチＢＳは開放，選択切替器ＳＷはバイパス回路ＢＣ側に接続のままとしておく。
【００３７】
これにより、商用給電部２の蓄電デバイス５から放電された直流電圧は、双方向電力変換器ＩＮＶ２によって交流電圧に変換され、インバータ給電部２に出力される。インバータ給電部２に入力された交流電力は、バイパス回路ＢＣおよび選択切替器ＳＷを介して負荷６に給電される。すなわち、系統４に瞬低または停電が発生した当初は、常時商用給電方式により、負荷６に給電が行われる。
【００３８】
（２）−２
そして、商用給電部２により負荷６への給電を補償している間に、インバータ給電部２のインバータＩＮＶ１を起動させる。ここでは、選択切替器ＳＷがバイパス回路ＢＣ側に接続されたままであるため、インバータＩＮＶ１から負荷６へは給電は遮断される。
【００３９】
（２）−３
次に、図４に示すように、インバータ給電部２のインバータＩＮＶ１出力電圧と商用給電部３の出力電圧との同期をとり、サイリスタスイッチＴＳをＯＮ制御し、選択切替器ＳＷをインバータＩＮＶ１側に切り替える。
【００４０】
これにより、商用給電部３からインバータ給電部２に入力された交流電力は、バイパス回路ＢＣ，サイリスタスイッチＴＳを介して負荷６に出力される。また、蓄電デバイス５Ａから放電された直流電圧はインバータＩＮＶ１により交流電圧に変換され、選択切替器ＳＷを介して負荷６に供給される。この時、バイパス回路ＢＣ（商用給電部３）からの交流電圧とインバータＩＮＶ１からの交流電圧は、前述したとおり、同期が取られている。
【００４１】
（２）−４
その後、サイリスタスイッチＴＳをＯＦＦ制御し、バイパス回路ＢＣからの交流出力を遮断する。
【００４２】
以上、（２）−２〜４の動作手順により、商用給電部３とインバータ給電部２との交流電圧の同期を取り、負荷６への給電が商用給電部３からインバータ給電部２へと切り替えられる。
【００４３】
（３）瞬低または停電復帰時
（３）−１
図５に示すように、系統４における瞬低または停電が復帰した際には、蓄電デバイス５Ｂから双方向電力変換器ＩＮＶ２を介して出力された交流電圧と系統４電圧の同期を取り、高速スイッチ７をＯＮ制御する。
【００４４】
これにより、系統４から出力された交流電圧は、高速スイッチ７を介してインバータ給電部２に出力される。その結果、インバータ給電部２への出力は、蓄電デバイス５Ｂ，双方向電力変換器ＩＮＶ２側から、系統４，高速スイッチ７側に切り替えられる。
【００４５】
ここで、前記蓄電デバイス５Ｂが鉛蓄電池等の場合は、双方向電力変換器ＩＮＶ２による浮動充電を行う。また、蓄電デバイス５Ｂがリチウムイオン電池やナトリウム硫黄電池等の場合は、蓄電デバイス５Ｂの充電完了後に双方向電力変換器ＩＮＶ２をゲートブロックする。
【００４６】
インバータ給電部２において、選択切替器ＳＷはインバータＩＮＶ１側に接続され、サイリスタスイッチＴＳはＯＦＦ制御のままとなっている。そのため、インバータ給電部２では、商用給電部２から入力された交流電圧は、コンバータＣＮＶを介して直流電圧に変換され、インバータＩＮＶ１により交流電圧に変換され、選択切替器ＳＷを介して、負荷６に供給される。
【００４７】
（３）−２
図６に示すように、インバータ給電部２の出力（インバータＩＮＶ１の出力）と系統４の出力電圧の同期を取り、サイリスタスイッチＴＳをＯＮ制御する。その後、選択切替器ＳＷをバイパス回路ＢＣ側に切り替える。
【００４８】
これにより、インバータＩＮＶ１からの交流出力は遮断され、負荷６への給電はバイパス回路ＢＣ側へ切り替えられる。
【００４９】
（３）−３
最後に、サイリスタスイッチＴＳをＯＦＦ制御する。
【００５０】
これにより、バイパス回路ＢＣから選択切替器ＳＷを介して負荷６に給電される。
【００５１】
その結果、系統４から出力された交流電力は高速スイッチ７を介して、インバータ給電部２に出力され、インバータ給電部２ではバイパス回路ＢＣ，選択切替器ＳＷを介して負荷６に給電される。すなわち、通常運転時の動作に戻ることとなる。
【００５２】
本実施形態によれば、瞬低および停電補償時以外は、インバータ給電部２の電力変換器（コンバータＣＮＶ，インバータＩＮＶ１）を停止に近い状態にさせておくことができ、電力変換器における損失の低減を図ることが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態のように、インバータ給電部２と商用給電部３とを直列に接続することにより、冗長性のある無停電電源システムを提供することが可能となる。すなわち、商用電源部３の点検時および故障時には、バイパススイッチＢＳを投入し、インバータ給電部２を起動させておくことにより、常に負荷６への給電を補償することができる。また、インバータ給電部２の点検時および故障時には、商用給電部３を起動し、選択切替器ＳＷをバイパス回路ＢＣ側に接続することにより、常に負荷６への給電を補償することができる。その結果、無停電電源システムの信頼性の向上につながる。
【００５４】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００５５】
１…無停電電源システム
２…常時インバータ給電方式の無停電電源装置（インバータ給電部）
３…常時商用給電方式の無停電電源装置（商用給電部）
４…系統
５Ａ，５Ｂ…蓄電デバイス
６…負荷
７…高速スイッチ（切替手段）
８…バイパス切替回路
ＣＮＶ…コンバータ
ＩＮＶ１…インバータ
ＩＮＶ２…双方向電力変換器
ＳＷ…選択切替器
ＴＳ…サイリスタスイッチ
ＢＣ…バイパス回路
ＢＳ…バイパススイッチ
【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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【図７】
2011223731.tif 000009
【図８】
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【図９】
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