(57)【要約】【課題】予備の無停電電源装置を含む複数の無停電電源装置よりなるシステムにおいて、共通使用される蓄電池の定常運転状態時に直流電流が流れて蓄電池状態の判定を困難にしている。【解決手段】蓄電池と常用の無停電電源装置の直流回路間を接続する回路中に充電抑制部を設けると共に、予備の無停電電源装置の直流電圧よりも、常用の無停電電源装置の直流電圧値を若干高く設定する。これによって、通常運転時には予備の無停電電源装置より充電し、かつ、常用の無停電電源装置には放電電流が流れないよう構成した。【選択図】  図１
2004328879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備の無停電電源装置を含む複数の無停電電源装置が共通の蓄電池に接続されたシステムであって、予備の無停電電源装置と常用の無停電電源装置は共にコンバータとインバータ及びバイパス回路を有するものにおいて、
前記常用の無停電電源装置の直流回路と蓄電池との接続回路中に通常運転時の電流の流れを抑制するための充電抑制部を設けると共に、前記予備の無停電電源装置の直流電圧に対し、常用の無停電電源装置の直流電圧の設定値を若干高く設定したことを特徴とした無停電電源装置用蓄電池の共用装置。
【請求項２】
前記充電抑制部は、常用の無停電電源装置から蓄電池側への電流の流れを阻止する方向に接続されたダイオートとスイッチ体との並列接続で構成したことを特徴とした請求項１記載の無停電電源装置用蓄電池の共用装置。
【請求項３】
前記予備の無停電電源装置のコンバータ出力側に、垂下用検出部を設け、予備の無停電電源装置の無負荷待機中はこの垂下用検出部の検出値に基づいて充電制御するよう構成したことを特徴とした請求項１又は２記載の無停電電源装置用蓄電池の共用装置。
【請求項４】
予備の無停電電源装置を含む複数の無停電電源装置が共通の蓄電池に接続されたシステムであって、予備の無停電電源装置と常用の無停電電源装置は共にコンバータとインバータ及びバイパス回路を有するものにおいて、
前記常用の無停電電源装置の直流回路と蓄電池との接続回路中に通常運転時の電流の流れを抑制するための充電抑制部を設け、この充電抑制部は、常用の無停電電源装置から蓄電池側への電流の流れを阻止する方向に接続されたダイオートとスイッチ体との並列接続で構成し、このスイッチ体を蓄電池の規定電圧値近辺に達するまで閉路状態となして充電時間を短縮するよう制御することを特徴とした無停電電源装置用蓄電池の共用装置の使用方法。
【請求項５】
予備の無停電電源装置を含む複数の無停電電源装置が共通の蓄電池に接続されたシステムであって、予備の無停電電源装置と常用の無停電電源装置は共にコンバータとインバータ及びバイパス回路を有するものにおいて、
前記予備の無停電電源装置が無負荷待機中を条件に、蓄電池への充電電流を蓄電池容量の０．１倍近辺を上限として垂下電流制御の設定切換を行うことを特徴とした無停電電源装置用蓄電池の共用装置の使用方法。
【請求項６】
前記直流電流の垂下電流制御は、前記予備の無停電電源装置のコンバータ出力側に設けられた垂下用検出部の検出値に基づいて電流検出の切換制御を行うことを特徴とした請求項５記載の無停電電源装置用蓄電池の共用装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無停電電源装置に係わり、特に無停電電源装置を複数設置したときにおける蓄電池の共用装置とその使用方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数若しくは単数の常用無停電電源装置と、通常は負荷を持たない予備の無停電電源装置とを併設して運転する場合、蓄電池を無停電電源装置毎に持たずに共通に使用することが行われている。
【０００３】
図３は、常用の無停電電源装置１台と予備の無停電電源装置１台の場合を示したものである。同図において、１は常用の無停電電源装置で、常用出力部３、負荷分岐部７を通って負荷に電力を供給する。２は予備の無停電電源装置で、予備出力部４を介して常用出力部３又は負荷分岐部７にスイッチ４３，又は４２を介して接続されている。これら各無停電電源装置１，２の入力側はそれぞれ入力分岐部５に接続されれ、且つ、この入力分岐部５を介して各無停電電源装置はバイパス用電源及び入力用電源に接続されている。６は直流分岐部で、スイッチを介して共通の蓄電池８が接続されている。
【０００４】
なお、各無停電電源装置１，２には、交流を直流に変換するコンバータ１１（２１）、直流を交流に変換するインバータ１２（２２）、平滑コンデンサ１３（２３）、ディジタル計測部１４（２４）、バイパス回路１５（２５）、スイッチ１６（２６）、１７（２７）及び検出部１８（２８）をそれぞれ備えている。
また、各コンバータのうち、コンバータ１１の直流出力側はスイッチ１７及び直流分岐部６のスイッチ６２，６３を介して蓄電池８に接続され、コンバータ２１の直流出力側はスイッチ２７及び直流分岐部６のスイッチ６１，６３を介して蓄電池８に接続されている。
【０００５】
図３における予備の無停電電源装置２は、その出力は通常は予備出力４のスイッチ４１、４３及び常用出力部３のスイッチ３１を通ってバイパス回路１５に接続されており、常用無停電電源装置１の故障時や点検時には、予備無停電電源装置２よりこのバイパス回路１５を介して負荷に電力供給するよう構成している。このようなシステムにおいては、それぞれの無停電電源装置に蓄電池を持たせるとシステムとして必要な蓄電池容量よりも、１セット余分な蓄電池を設置することになるため、蓄電池８を共通に使用するようにしたものである。
【０００６】
なお、予備電源装置を備えた無停電電源装置としては特許文献１のようなものが公知となっている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６ー１８９４７４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図３のように構成された無停電電源装置においては、蓄電池が十分に充電された状態では、充電装置の垂下特性で保護されるものの、僅かでも直流電圧の高い方、例えば無停電電源装置１側の直流電圧が２側より高かった場合、矢印で示すようにコンバータ１１、インバータ１２、スイッチ１６を介して負荷に電力を供給する。これと同時に、コンバータ１１，スイッチ１７、６２、６３を通して常時充電電流を流し続けると共に、スイッチ６１、２７を通って直流電圧の低い無停電電源装置２側に流れこみ、あたかも放電電流が流れ込んだ状態となる。
この無停電電源装置間の電流の流れ込みは、日常の保守点検において蓄電池の状態判定を困難にしている。
【０００９】
この問題を解決する方法としては、各無停電電源装置の直流部と蓄電池間にダイオードとサイリスタとを逆並列に接続し、通常はダイオードを通して蓄電池を充電し、停電検出時にはサイリスタをオンして蓄電池より放電し、インバータを通して負荷に電力を供給する方法を採用している。
しかし、この方法では、サイリスタが自己消弧できないため、短時間の停電が発生した後に復旧した場合、先にコンバータによる整流器運転を開始した無停電電源装置の直流電圧が若干でも高くなると、後から整流器運転した無停電電源装置のサイリスタはオフとはならず、放電状態のままとなる場合がある。
【００１０】
これら問題もクリアするためには、更に各無停電電源装置の整流器運転後に、各直流部の直流電圧を一時的に順次高めに制御してサイリスタを確実にオフとする等の手段を必要としていた。したがって、上記対策はサイリスタ及びその制御が必要となるばかりでなく、無停電電源装置内の整流器の充電電圧制御の変更も必要となる等、システム全体が複雑となる。
【００１１】
また、実際の蓄電池の充電電圧は、ダイオードを介して充電することになるため、ダイオードのＶＦ（順方向電圧降下）分で精度面でも悪くなる共に、充電中は蓄電池に放電できる回路が存在しないため、無停電電源装置の整流器出力がサイリスタの位相制御などのようにリップルがある場合、そのリップルで蓄電池をピーク充電してしまい過充電状態を招く危険性も有している。
【００１２】
また、無停電電源装置のコンバータ（順変換又は整流器）の容量は、インバータで必要とする容量＋蓄電池充電で必要とする容量となるが、一般に蓄電池充電に必要な容量は蓄電池容量の１／１０のため小さく、コンバータ全体容量からみると１／１０〜１／２０となる。このため、予備の無停電電源装置を設置することによりシステムの信頼性は高められることになるが、通常は蓄電池充電という用途にしか使われないため、設備の稼働率という面から見ると有効に機能していないという問題を有している。
【００１３】
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは共通使用の蓄電池の定常運転状態における直流電流の監視を容易とする無停電電源装置の共通使用装置とその使用方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、予備の無停電電源装置を含む複数の無停電電源装置が共通の蓄電池に接続されたシステムであって、予備の無停電電源装置と常用の無停電電源装置は共にコンバータとインバータ及びバイパス回路を有するものにおいて、前記常用の無停電電源装置の直流回路と蓄電池との接続回路中に通常運転時の電流の流れを抑制するための充電抑制部を設けると共に、前記予備の無停電電源装置の直流電圧に対し、常用の無停電電源装置の直流電圧の設定値を若干高く設定したことを特徴としたものである。
【００１５】
本発明の第２は、前記充電抑制部は、常用の無停電電源装置から蓄電池側への電流の流れを阻止する方向に接続されたダイオートとスイッチ体との並列接続で構成したことを特徴としたものである。
【００１６】
本発明の第３は、前記予備の無停電電源装置のコンバータ出力側に、垂下用検出部を設け、予備の無停電電源装置の無負荷待機中はこの垂下用検出部の検出値に基づいて充電制御するよう構成したことを特徴としたものである。
【００１７】
本発明の第４は、予備の無停電電源装置を含む複数の無停電電源装置が共通の蓄電池に接続されたシステムであって、予備の無停電電源装置と常用の無停電電源装置は共にコンバータとインバータ及びバイパス回路を有するものにおいて、前記常用の無停電電源装置の直流回路と蓄電池との接続回路中に通常運転時の電流の流れを抑制するための充電抑制部を設け、この充電抑制部は、常用の無停電電源装置から蓄電池側への電流の流れを阻止する方向に接続されたダイオートとスイッチ体との並列接続で構成し、このスイッチ体を蓄電池の規定電圧値近辺に達するまで閉路状態となして充電時間を短縮するよう制御することを特徴としたものである。
【００１８】
本発明の第５は、予備の無停電電源装置を含む複数の無停電電源装置が共通の蓄電池に接続されたシステムであって、予備の無停電電源装置と常用の無停電電源装置は共にコンバータとインバータ及びバイパス回路を有するものにおいて、前記予備の無停電電源装置が無負荷待機中を条件に、蓄電池への充電電流を蓄電池容量の０．１倍近辺を上限として垂下電流制御の設定切換を行うことを特徴としたものである。
【００１９】
本発明の第６は、前記直流電流の垂下電流制御は、前記予備の無停電電源装置のコンバータ出力側に設けられた垂下用検出部の検出値に基づいて電流検出の切換制御を行うことを特徴としたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す回路構成図である。同図において、図３と同一部分、若しくは相当部分に同一符号を付して重複説明を省略する。
本発明の第１の実施形態は、直流分岐部（直流分岐盤）６と各常用無停電電源装置１の直流回路間とのフイーダに、充電抑制部９を設けたものである。図１ではこの充電抑制部９は直流分岐部６に配設され、また、図１では１台の常用の無停電電源装置で代表されているが、常用の無停電電源装置が複数設置されている場合には、充電抑制部９はそれぞれのフイーダに介挿される。
【００２１】
充電抑制部９は、蓄電池８から常用の無停電電源装置１への放電が順方向となる向きに接続されるダイオードＤと、このダイオードＤと並列に接続されたマグネット等のスイッチ体Ｓより構成されている。スイッチ体Ｓは必要なときに閉路され、常用の無停電電源装置１の直流回路からスイッチ１７、スイッチ体Ｓ、スイッチ６２、６３を介して蓄電池８を充電するよう構成される。
【００２２】
スイッチ体Ｓが閉路される必要状態とは、例えば常用の無停電電源装置が多数台あり、共通の予備無停電電源装置２からの充電のみでは充電量が少ない場合、ダイオードＤと並列接続されたスイッチ体Ｓを規定電圧（浮動充電電圧の−２％程度）に達するまで投入しておくことにより常用側の直流回路からも充電し、充電電流を大きくすることによって蓄電池への充電時間の短縮を図る。
【００２３】
なお、各無停電電源装置における直流回路の電圧は、共通の予備用無停電電源装置２は正規の値にセットされるが、常用の無停電電源装置１の直流電圧は正規の値より０．５％程度高い値の電圧にセットされる。
【００２４】
上記のように構成された本発明における通常の使用状態では、常用の無停電電源装置１は、入力分岐部５からの交流入力をコンバータ１１にて直流に変換した後インバータ１２にて所定の交流出力に変換し負荷に電力を供給している。
このとき、充電抑制部９のスイッチ体Ｓは、通常は開路状態となっているため、常用側の直流回路の電圧が予備側より高い状態であっても電流はダイオードＤによってブロックされ、無停電電源装置１から蓄電池８への充電電流は流れない。また、コンバータ１１によって変換された直流電圧は、正規の０．５％程度高い値に設定されているため、蓄電池８、スイッチ６３、６２およびダイオードＤの経路による放電電流は流れない。
【００２５】
一方、予備の無停電電源装置２も装置１と同様に変換動作を実行しており、そのコンバータ２１からの直流電圧によって、スイッチ２７、６１、６３を通して蓄電池８は充電される。
予備の無停電電源装置２の充電動作としては、マグネットスイッチの入り切りによる制御の他に、次の方法によっても充電電流を変化させることができる。
【００２６】
蓄電池が比較的小さい場合、ディジタル計測部２４は検出部２８によって検出された充電電流のみを見ているが、常用の無停電電源装置１での給電時の過電流垂下の設定と、共通予備の無停電電源装置２の給電時の過電流垂下の設定を切り換えることによってコンバータ２１を介して充電電流の制御が可能となる。
すなわち、無負荷待機中か否かを条件に、過電流垂下レベルの設定切換え行われる。この場合、切り換わるときの制御遅れで一瞬過負荷になる可能性はあるが、１２５％１０分、１５０％１分などの過負荷耐量があるため実用上の問題は生じない。
【００２７】
次に、何らかの理由によって停電が発生した場合には、各無停電電源装置のコンバータの動作は停止し、各インバータには蓄電池８からダイオードＤ、若しくはスイッチ体Ｓを介して直流電圧が印加され、各インバータはこの直流電圧を電源として変換動作をそのまま継続し、負荷への電力供給を継続する。
停電回復後は、蓄電池８は共通の予備無停電電源装置２の直流回路からの電流によって充電されるが、常用の無停電電源装置１の直流電圧は、蓄電池８に対して充電できないため、蓄電池電圧に支配されることなく設定電圧となって定常運転に復帰する。
【００２８】
図２は第２の実施形態を示す回路構成図である。
図２は、予備無停電電源装置２の直流回路に垂下用検出部２０を設けたもので、他は図１と同様である。
【００２９】
電力貯蔵用などのように大きな蓄電池に使用する場合、過負荷耐量では持ちこたえられなくなるため、コンバータ２１の出力側に垂下用検出部２０を設け、コンバータ２１に過剰な負担がかからないようにする手段の必要が出てくる。
例えば、夜間電力を貯蔵するシステムにおいては、停電時に５分とか１０分の短時間をバックアップするための蓄電池容量と、夜間貯蔵した電気を５時間かけて取り出すための蓄電池容量では、２０倍程度の差がある。このため、夜間電力貯蔵の場合には、コンバータはその能力いっぱいに使うことになり、万一負荷給電になったときには、コンバータは過剰負荷となる。
【００３０】
図２は、このような蓄電池容量の大きなシステムに対応するもので、コンバータ容量全てを蓄電池の充電に使えるようにしたものである。
すなわち、予備の無停電電源装置２が待機中の場合、ディジタル計測部２４は垂下用検出部２０の検出値に基づきコンバータ２１を制御し、もって蓄電池８に対し垂下をかけて充電するよう制御する。また、予備の無停電電源装置２が負荷へ給電中には、ディジタル計測部２４は検出部２８の検出値に基づいて制御する。
【００３１】
蓄電池８としては、制御弁式鉛蓄電池等が使用されるが、予備無停電電源装置２が負荷に給電してないことを条件に、充電電流を蓄電池の０．１倍程度を上限として直流電流の垂下電流のセット値を切換え、標準的な２４時間で充電完了となるよう制御される。このような制御方法を行うことにより、常用の無停電電源装置１台に対して、予備の無停電電源装置が１台の場合、予備の無停電電源装置のコンバータを有効利用して夜間電力貯蔵システム用の蓄電池の充電が可能となる。
【００３２】
無停電電源装置のコンバータは、一般にはインバータで必要な容量の＋１０分程度の停電保持時間用蓄電池の充電電流で設計されているため、予備の無停電電源装置２が無負荷運転で待機している場合には、殆どその容量を使ってないためである。
そこで、図２のように構成することにより、コンバータ２１の出力側に電流検出器からなる垂下用検出部２０を設けてコンバータを構成する整流器の保護を図っている。常用の無停電電源装置１に故障等があり、予備の無停電電源装置２から負荷に給電する場合には、定常の検出部２８に戻して運転する。
【００３３】
このようなシステムの場合、昼間のある時間帯では常用の無停電電源装置、予備の無停電電源装置ともに、コンバータを停止させて夜間電力貯蔵用（サイクルユース用）蓄電池からインバータを介して負荷に給電（ピークカット）する。
従来、上記のような単機システムを用いて夜間電力貯蔵形の無停電電源装置の場合には、別途蓄電池専用の充電器を設けるか、又はインバータ容量の２倍以上の容量を有する整流器をコンバータに使用して無停電電源装置としている。
【００３４】
本実施形態によれば、通常の無停電電源装置のコンバータがそのまま使用できるものである。
また、予備の無停電電源装置２が給電状態となった場合でも、充電電流が減るだけなので実用上の問題はない。ただし、過負荷になった場合、コンバータとインバータとのマッチングから裕度があるのに、総電流量で制限をかけていると蓄電池から不要な放電を行うことになるため、負荷給電となった場合には、通常の蓄電池電流の検出に戻すことになる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、予備の無停電電源装置を含む複数の無停電電源装置よりなるシステムにおいて、共通使用される蓄電池の定常運転状態における直流電流の監視が容易となるものである。
また、予備の無停電電源装置に垂下用検出部を設けることにより、夜間電力貯蔵形無停電電源装置への利用時にはコンバータ容量を大きくすることなく蓄電池への電力貯蔵ができ、夜間に貯めたエネルギーを昼間放電してピークカットに貢献でき、しかも高信頼性を維持することができる等の利点を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す回路構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す回路構成図。
【図３】従来の無停電電源装置を示す回路構成図。
【符号の説明】
１…常用の無停電電源装置
２…予備の無停電電源装置
３…常用出力部
４…予備出力部
５…入力分岐部
６…直流分岐部
７…負荷分岐部
８…蓄電池
９…充電抑制部
２０…垂下用検出部
【図１】
2004328879.tif 000003
【図２】
2004328879.tif 000004
【図３】
2004328879.tif 000005