(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、このコンバータの出力を再び交流電圧に変換して出力するインバータとから成り、その出力を互いに並列接続して負荷に給電するようにした複数台の無停電電源装置と、
前記各々のコンバータの出力側に夫々接続された蓄電池と、
前記負荷の入力電流を検出する負荷電流検出器と、
前記複数台の無停電電源装置に運転／停止指令を与える演算制御手段と
を具備し、
前記演算制御手段は、
前記負荷電流が所定値以下のとき、前記無停電電源装置の少なくとも１台のコンバータ及びインバータを運転停止し、
当該停止した無停電電源装置に接続された蓄電池が、前記コンバータの停止による充電機能の喪失によって所定量以上放電しないように、運転停止する無停電電源装置を順次切替えるようにした過放電防止手段を有することを特徴とする無停電電源システム。
【請求項２】
前記過放電防止手段は、
前記無停電電源装置が第１の所定期間継続して停止したとき、停止する無停電電源装置を順次切替えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システム。
【請求項３】
前記過放電防止手段は、
前記無停電電源装置に接続された蓄電池の電圧が所定値以下となったとき、停止する無停電電源装置を順次切替えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システム。
【請求項４】
前記商用電源の停電を検出する電圧検出手段を有し、
前記演算制御手段は、
前記商用電源が第２の所定期間停電したあと復電したとき、
停電期間中の前記負荷電流の推移から、蓄電池の放電量を推定し、
この放電量が所定値以上で且つ停電前の第３の所定期間内に停止していた無停電電源装置があったとき、
当該無停電電源装置を第４の所定期間だけ強制的に運転継続するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項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】
この発明は、商用電源が異常になっても安定した電力を負荷に給電を継続できる無停電電源システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の無停電電源装置においては、常に定格負荷への給電を前提として設計されているため、例えば６０％以下の軽負荷において効率が低下する傾向にある。このため、無停電電源装置（以下、ＵＰＳと呼称する。）を複数台並列接続して負荷に給電する並列接続方式の無停電電源システムにおいて、負荷の予測パターンと基準値を設定し、この大小関係の継続性を予測して当面の必要運転台数を判断し、この結果、必要な運転台数だけを運転し、不要なＵＰＳは停止する無停電電源システムの提案がなされている（例えば、特許文献1参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭５１−１２４５８号公報（全体）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されている無停電電源システムにおいては、負荷電流が少ないときに、ＵＰＳのインバータ部の発生損失は抑えることできるが、コンバータ部については蓄電池の充電を行う必要があるのでインバータ部の運転を停止しても継続的に運転する必要があった。また、更なる運転効率向上にためにコンバータを停止すると、蓄電池に充電できなくなり、これが長時間に及ぶと蓄電池が微小電流による過放電となって劣化し、充電しても回復しなくなってしまうという課題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、負荷電流が少ないときにインバータだけでなくコンバータも停止させると同時に、蓄電池の充電を必要時期に行うことが可能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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の無停電電源システムは、商用電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、このコンバータの出力を再び交流電圧に変換して出力するインバータとから成り、その出力を互いに並列接続して負荷に給電するようにした複数台の無停電電源装置と、前記各々のコンバータの出力側に夫々接続された蓄電池と、前記負荷の入力電流を検出する負荷電流検出器と、前記複数台の無停電電源装置に運転／停止指令を与える演算制御手段とを具備し、前記演算制御手段は、前記負荷電流が所定値以下のとき、前記無停電電源装置の少なくとも１台のコンバータ及びインバータを運転停止し、当該停止した無停電電源装置に接続された蓄電池が、前記コンバータの停止による充電機能の喪失によって所定量以上放電しないように、運転停止する無停電電源装置を順次切替えるようにした過放電防止手段を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、負荷電流が少ないときにインバータだけでなくコンバータも停止させると同時に、蓄電池の充電を必要時期に行うことが可能な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】
【０００８】
【図１】本発明の実施例１に係る無停電電源システムのブロック構成図。
【図２】本発明の実施例１に係る無停電電源システムの動作フローチャート。
【図３】本発明の実施例２に係る無停電電源システムのブロック構成図。
【図４】本発明の実施例２に係る無停電電源システムの動作フローチャート。
【図５】本発明の実施例３に係る無停電電源システムのブロック構成図。
【図６】本発明の実施例３に係る無停電電源システムの動作フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
以下、本発明の実施例１に係る無停電電源システムを図１及び図２を参照して説明する。
【００１１】
図１はＵＰＳ１１（Ｎｏ１ＵＰＳ）、ＵＰＳ１２（Ｎｏ２ＵＰＳ）及びＵＰＳ１３（Ｎｏ３ＵＰＳ）の３台のＵＰＳを備えた例である。
【００１２】
ＵＰＳ１１、１２、１３の各々は、商用電源１から交流電圧が入力され、夫々交流入力開閉器を介してコンバータ１１ａ、１２ａ、１３ａで夫々直流電圧に変換し、さらにインバータ１１ｂ、１２ｂ、１３ｂで再び交流電圧に逆変換し、その出力同士が互いに接続されて共通の負荷２に対して安定した交流電圧を給電するように構成されている。また、コンバータ１１ａ、１２ａ、１３ａは夫々直流開閉器を介して各々のＵＰＳに対応して設けられた蓄電池に直流エネルギーを蓄え、例えば、商用電源１に停電が生ずると、各々の蓄電池の直流エネルギーをインバータ１１ｂ、１２ｂ、１３ｂに夫々供給することにより交流電圧を継続して出力する。
【００１３】
尚、コンバータ１１ａ、１２ａ、１３ａまたはインバータ１１ｂ、１２ｂ、１３ｂに万一故障が発生した場合にも交流を継続して出力するために、商用電源１と同一または別のバイパス電源から交流を継続給電するためのバイパス回路が設けられる場合もあるが、ここでは図示を省略している。
【００１４】
負荷２に流入する電流は電流検出器２１で検出され、ＡＤコンバータ２２を介してデジタル演算回路３１に与えられる。デジタル演算回路３１は無停電電源システム全体の運転管理を行う演算手段であり、ＵＰＳ１１、１２、１３に対して運転／停止指令を出力すると共にＵＰＳ１１、１２、１３から運転状態信号を得る構成となっている。
【００１５】
次に動作について説明する。図２は本発明の実施例１に係る無停電電源システムの動作フローチャートであり、デジタル演算回路３１が行う動作フローを示している。
【００１６】
まず、３台のＵＰＳ（ＵＰＳ１１、１２、１３）のうち少なくとも２台が並列運転している状態からスタートする。そして、負荷電流が５０％以下となったかどうかを判定し（ステップＳＴ１）、ＹＥＳの場合はＮｏ１ＵＰＳ（ＵＰＳ１１）の停止時間が規定時間を超えたかどうか判定する（ステップＳＴ２）。規定時間を超えていれば、Ｎｏ１ＵＰＳ（ＵＰＳ１１）を運転し、Ｎｏ２ＵＰＳ（ＵＰＳ１２）を停止する（ステップＳＴ３）。ここで、ＵＰＳの停止とは、インバータに加え、コンバータの運転も停止することを意味する。従ってＵＰＳが停止すると蓄電池への充電がストップすることになる。ステップＳＴ２で規定時間を超えていなければ、Ｎｏ２ＵＰＳ（ＵＰＳ１２）の停止時間が規定時間を超えたかどうか判定する（ステップＳＴ４）。ここで規定時間を超えていれば、Ｎｏ２ＵＰＳ（ＵＰＳ１２）を運転し、Ｎｏ３ＵＰＳ（ＵＰＳ１３）を停止する（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ４で規定時間を超えていなければ、Ｎｏ３ＵＰＳ（ＵＰＳ１３）の停止時間が規定時間を超えたかどうか判定する（ステップＳＴ６）。ここで規定時間を超えていれば、Ｎｏ３ＵＰＳ（ＵＰＳ１３）を運転し、Ｎｏ１ＵＰＳ（ＵＰＳ１１）を停止する（ステップＳＴ７）。
【００１７】
ステップＳＴ６で規定時間を超えていなければ、停止しているＵＰＳがあるかどうか確認し（ステップＳＴ８）、停止しているＵＰＳがあればそのままの状態を維持し、停止しているＵＰＳがなければＮｏ１ＵＰＳ（ＵＰＳ１１）を停止する（ステップＳＴ９）。このステップＳＴ８、９は３台並列運転の状態から初めて負荷電流が５０％以下となった初期動作を示している。
【００１８】
ステップＳＴ１で負荷電流が５０％未満の場合は、停止しているＵＰＳがあるかどうか確認し（ステップＳＴ１０）、停止しているＵＰＳがなければそのままの状態を維持し、停止しているＵＰＳがあれば、停止しているＵＰＳを判定し（ステップＳＴ１１）、そのＵＰＳに運転指令を与える（ＳＴ１２）。
【００１９】
以上のステップＳＴ１乃至ＳＴ１２を、所定のサンプリング周期で繰り返すことによって、ＵＰＳの停止期間が所定期間（ＵＰＳが３台構成の場合は、蓄電池の充電インバータバルの約１／２とするのが好ましい。）を超えたＵＰＳを優先的に運転させ、代わりに次の号機のＵＰＳを停止させる。ＵＰＳの停止期間が所定期間以上になると順次、該当のＵＰＳを起動させ、次の号機のＵＰＳを停止させる。この結果、各々のＵＰＳの蓄電池を自動的に順次充電しつつ、ＵＰＳの停止期間におけるコンバータの損失を略ゼロとすることが可能となり、システムの運転効率の向上を図ることが可能となる。ここでの所定期間は、通常はＵＰＳが過放電することを防ぐ期間より短い期間を設定するが、ここではこの順次停止ＵＰＳを切り替えていく機能を過放電防止手段と呼称する。
【実施例２】
【００２０】
以下、本発明の実施例２に係る無停電電源システムを図３及び図４を参照して説明する。
【００２１】
図３は本発明の実施例３に係る無停電電源システムのブロック構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例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、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、各々のＵＰＳに接続されている蓄電池の電圧を検出し、この蓄電池電圧を、ＡＤコンバータ２３を介してデジタル演算回路３１Ａに与えるようにした点である。
【００２２】
図４は本発明の実施例２に係る無停電電源システムの動作フローチャートであり、デジタル演算回路３１Ａが行う動作フローを示している。このフローチャートの各部について、図２の本発明の実施例１に係る無停電電源システムの動作フローチャートの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、ステップＳＴ２の「Ｎｏ１ＵＰＳ（ＵＰＳ１１）の停止時間が規定時間を超えたかどうかの判定」をステップＳＴ２Ａの「Ｎｏ１ＵＰＳ（ＵＰＳ１１）の蓄電池電圧が規定値未満となったかどうかの判定」に置き換えた点、ステップＳＴ４、ステップＳＴ６についても同様に夫々ステップＳＴ４Ａ、ステップＳＴ６Ａに示す「Ｎｏ２ＵＰＳ（ＵＰＳ１２）の蓄電池電圧が規定値未満となったかどうかの判定」、「Ｎｏ３ＵＰＳ（ＵＰＳ１３）の蓄電池電圧が規定値未満となったかどうかの判定」に置き換えた点である。
【００２３】
実施例１では、停止時間によって蓄電池の放電を予想していたが、この実施例２は蓄電池の電圧を実測して、充電すべき時期に来たかどうかを判定するようにした。このことにより、周囲温度の変化や微少放電電流の変化等によって蓄電池の放電特性が変化した場合であっても最適な充電インバータバルで充電することが可能となる。尚、上記蓄電池の電圧検出にあたっては、多少のインピーダンスを持った検出、すなわち、多少の放電電流を流した状態で検出することが好ましい。
【実施例３】
【００２４】
以下、本発明の実施例３に係る無停電電源システムを図５及び図６を参照して説明する。
【００２５】
図５は本発明の実施例３に係る無停電電源システムのブロック構成図である。この実施例３の各部について、図３の本発明の実施例２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、その説明は省略する。この実施例３が実施例２と異なる点は、商用電源１の電圧を検出する電圧検出器２４を設け、この検出電圧を、ＡＤコンバータ２５を介してデジタル演算回路３１Ｂに与える構成とした点である。
【００２６】
実施例１または実施例２において長時間の停電が発生した場合を考えると、全ての蓄電池が放電した状態となる。このような場合には復電したときの負荷電流が５０％以下であっても、ＵＰＳを停止せず、蓄電池の充電を優先させるべきである。
【００２７】
図６は本発明の実施例３に係る無停電電源システムの動作フローチャートであり、上記の考え方に基づいたデジタル演算回路３１Ｂの動作フローを示している。このフローチャートの各部について、図４の本発明の実施例２に係る無停電電源システムの動作フローチャートの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例２と異なる点は、ステップＳＴ１で負荷電流が５０％以下のとき、ただちにステップＳＴ２Ａに移行しないで、停電によって放電した蓄電池がない場合にはステップＳＴ２Ａに移行し、放電した蓄電池があればこれを充電するフローに移行するという一連のステップＳＴ１３乃至ＳＴ１８を追加した点である。以下、ステップＳＴ１３乃至ＳＴ１８の内容を説明する。
【００２８】
ステップＳＴ１で負荷電流が５０％未満のとき、所定の期間内で入力停電が発生したかどうか判定する（ステップＳＴ１３）。停電の発生がなければ、ステップＳＴ２Ａに行き、実施例２と同様のフローに移行する。ステップＳＴ１３でＹＥＳであれば、デジタル演算回路が記憶していた停電期間とその期間における負荷電流の推移から蓄電池の放電量を求める（ステップＳＴ１４）。次にこの放電量が規定値以上であるか判定する（ステップＳＴ１５）。ステップＳＴ１５で放電量が規定値未満であれば、ステップＳＴ２Ａに行き、実施例２と同様のフローに移行する。ステップＳＴ１５で放電量が規定値以上あったときは、停止ＵＰＳがあるかどうかを判定する（ステップＳＴ１６）。尚、通常停電があったときの蓄電池による運転は負荷状態に依らず全てのＵＰＳを運転するので、ここでの停止ＵＰＳがあるかどうかとは、停電発生前の所定期間内に停止していたＵＰＳがあったかどうかということを意味する。停止していたＵＰＳがあった場合、そのＵＰＳを判定し（ステップＳＴ１７）、当該の停止ＵＰＳを所定期間（例えば２４時間）強制的に運転し（ステップＳＴ１８）、蓄電池を充電する。ステップＳＴ１６で停止していたＵＰＳがなければ、そのままの状態とする。
【００２９】
また、ステップＳＴ１で負荷電流が５０％以上であれば、実施例２と同様ステップ１０以降のフローに移行する。
【００３０】
以上説明したように、この実施例３によれば、長時間停電が発生した場合であっても、蓄電池の放電状況を確認し、充電が優先的に必要と考えられるＵＰＳには強制的に連続充電するようにしたので、再度停電が発生しても規定の停電補償時間を確保できる。
【００３１】
以上本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００３２】
例えば、実施例においてＵＰＳは３台構成で説明したが、２台以上であれば何台であっても良い。また、複数台のＵＰＳの並列システムは並列冗長系を構成するものであってもそうでなくても良い。すなわち、並列システムで負荷電流が所定の値以下となったとき、運転効率を良くするために運転台数を減らすようにしたシステムであれば本発明は適用可能である。また、実施例３は実施例２と組み合わせる例で説明したが、図６のステップＳＴ２Ａ、ＳＴ４Ａ及びＳＴ６Ａを夫々ＳＴ２、ＳＴ４及びＳＴ６に置き換えて実施例１と組み合わせるようにしても良い。更に、実施例２では蓄電池の電圧検出によって過放電に至らない保護を行ったが、放電電流や充電電流などを使用するその他の方法も採用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  商用電源
２  負荷
１１  Ｎｏ．１ＵＰＳ
１２  Ｎｏ．２ＵＰＳ
１３  Ｎｏ．３ＵＰＳ
１１ａ、１２ａ、１３ａ  コンバータ
１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ  インバータ
２１  負荷電流検出器
２２、２３、２５  ＡＤコンバータ
２４  電圧検出器
３１、３１Ａ、３１Ｂ  デジタル演算回路
【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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