(57)【要約】【課題】電力損失の少ない無停電電源システムおよびこれに用いる予備無停電電源装置の動作制御方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、常用無停電電源装置に接続された予備無停電電源装置は、商用電源に対し並列状態で接続されたＩＧＢＴコンバータおよびダイオード整流器を有するとともに、負荷に供給される電流値を計測する計測器を有する。この計測器は、電流値が予め設定された閾値を超えたときには、ＩＧＢＴコンバータに動作を開始させる始動信号を送信するとともにダイオード整流器に電力が供給されないように制御し、待機状態であるときには、ＩＧＢＴコンバータに動作を停止させる停止信号を送信するとともにダイオード整流器に電力が供給されるように制御する。【選択図】図１
2012060845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源および負荷設備に接続された少なくとも１台の常用無停電電源装置と、商用電源に接続された予備無停電電源装置とが接続されて構成された無停電電源システムにおいて、
前記常用無停電電源装置は、
自装置内に異常が発生したときに、前記負荷設備を前記予備無停電電源装置に接続するように切り換える無瞬断切換器
を有し、
前記予備無停電電源装置は、
前記商用電源に対し並列状態で接続され、前記商用電源から供給される交流電力を順変換するスイッチング対応コンバータおよびダイオード整流器と、
前記供給された電力の電流値を計測する電流計測部と、
前記常時無停電電源装置に異常が発生して前記無瞬断切換器により自装置に前記負荷設備が接続されるように切り換えられたことにより、前記電流計測部で計測された電流値が予め設定された閾値を超えたときには、前記スイッチング対応コンバータに動作を開始させる始動信号を送信するとともに前記ダイオード整流器に電力が供給されないように制御し、
前記電流計測部で計測された電流値が予め設定された閾値を超えていないときには、前記スイッチング対応コンバータに動作を停止させる停止信号を送信するとともに前記ダイオード整流器に電力が供給されるように制御する機器制御部と
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】
前記予備無停電電源装置は、
前記ダイオード整流器の前段に設置され、商用電源から前記ダイオード整流器に電力を供給させるＯＮ状態と、商用電源から前記ダイオード整流器に電力を供給させないＯＦＦ状態とを切り替えるコンタクタと、
前記スイッチング対応コンバータまたは前記ダイオード整流器で順変換された直流電力を逆変換するインバータと、
前記インバータに前記スイッチング対応コンバータを接続させる状態と、前記インバータに前記ダイオード整流器を接続させる状態とを切り替えるコンバータ切換器と
をさらに有し、
前記機器制御部は、
前記ダイオード整流器に電力が供給されないように制御するときには、前記コンタクタをＯＦＦ状態にするとともに、前記コンバータ切換器を、前記インバータに前記スイッチング対応コンバータを接続させる状態に切り換え、
前記ダイオード整流器に電力が供給されるように制御するときには、前記コンタクタをＯＮ状態にするとともに、前記コンバータ切換器を、前記インバータにダイオード整流器を接続させる状態に切り換える
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】
商用電源および負荷設備に接続された少なくとも１台の常用無停電電源装置に接続されるとともに、商用電源に対し並列状態で接続され、この商用電源から供給される交流電力を順変換するスイッチング対応コンバータおよびダイオード整流器を有する予備無停電電源装置が、
前記常時無停電電源装置に異常が発生して自装置に前記負荷設備が接続されるように切り換えられたことにより、商用電源から供給された電力の電流値が予め設定された閾値を超えたときには、前記スイッチング対応コンバータに動作を開始させる始動信号を送信するとともに前記ダイオード整流器に電力が供給されないように制御し、
待機状態であり、商用電源から供給された電力の電流値が予め設定された閾値を超えていないときには、前記スイッチング対応コンバータに動作を停止させる停止信号を送信するとともに前記ダイオード整流器に電力が供給されるように制御する
ことを特徴とする予備無停電電源装置の動作制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無停電電源システムおよびこれに用いる予備無停電電源装置の動作制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インターネットデータセンター、銀行、証券会社のオンラインシステムなどの重要負荷設備の電源は、定電圧・定周波数の状態が継続して維持される必要があるため、電源供給設備として無停電電源装置（以下、「ＵＰＳ」と称する。）が一般的に用いられている。
【０００３】
このＵＰＳは、内蔵するＩＧＢＴコンバータによって商用の交流電力を直流電力に順変換してバックアップ用途の蓄電池を必要に応じて充電した後、ＩＧＢＴインバータによって直流電力を交流電力に逆変換して負荷設備へ電力供給している。
【０００４】
図３は、ＵＰＳを２台組み合わせることにより、さらに信頼性の高い電力供給を行うことが可能な従来の無停電電源システム（以下、「ＵＰＳシステム」と称する。）の構成図である。
【０００５】
この図３のＵＰＳシステム１００は、商用電源２に接続された常用ＵＰＳ１１０と予備ＵＰＳ１２０とを有し、いずれかのＵＰＳから負荷設備３に電力を供給するように構成されている。
【０００６】
このＵＰＳシステム１００では、正常時は常用ＵＰＳ１１０から負荷設備３へ電力が供給され、常用ＵＰＳ１１０が故障し停止したときには常用ＵＰＳ１１０に内蔵する無瞬断切換器１１４によりスイッチ１１５が切り換えられ、予備ＵＰＳ１２０から負荷設備３へ電力が供給されるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−６０９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来のＵＰＳシステム１００において、常用ＵＰＳ１１０および予備ＵＰＳ１２０に内蔵されるＩＧＢＴコンバータ１１１、１２１およびＩＧＢＴインバータ１１３、１２３は、ともに正弦波ＰＷＭによりスイッチング制御されており、入力電流と出力電圧の高周波流出を抑制しながら順変換および逆変換を行うが、その際必ずスイッチング損失が発生する。
【０００９】
また、常用ＵＰＳ１１０および予備ＵＰＳ１２０においては、内蔵される蓄電池１１２、１２２に継続して浮遊充電を行う必要があるため、ＩＧＢＴコンバータ１１１、１２１を常時稼働させなければならない。
【００１０】
これらの、「ＩＧＢＴコンバータ１１１、１２１におけるスイッチング損失の発生」、および「ＩＧＢＴコンバータ１１１、１２１の常時稼働」は、ＵＰＳシステム１００の電力損失を低減させる上で障害となっていた。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電力損失の少ない無停電電源システムおよびこれに用いる予備無停電電源装置の動作制御方法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】
【００１２】
上記目的を達成するための実施形態によれば、常用無停電電源装置に接続された予備無停電電源装置は、商用電源に対し並列状態で接続されたＩＧＢＴコンバータおよびダイオード整流器を有するとともに、負荷に供給される電流値を計測する計測器を有する。この計測器は、電流値が予め設定された閾値を超えたときには、ＩＧＢＴコンバータに動作を開始させる始動信号を送信するとともにダイオード整流器に電力が供給されないように制御し、待機状態であるときには、ＩＧＢＴコンバータに動作を停止させる停止信号を送信するとともにダイオード整流器に電力が供給されるように制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態による無停電電源システムの構成を示す回路図である。
【図２】一実施形態による無停電電源システムの計測器の構成を示すブロック図である。
【図３】従来の無停電電源システムの構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〈一実施形態による無停電電源システム（ＵＰＳシステム）１の構成〉
本発明の一実施形態による無停電電源システム（ＵＰＳシステム）１の構成について、図１を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態によるＵＰＳシステム１は、商用電源２に接続された常用ＵＰＳ１０と、予備ＵＰＳ２０とを有する。
【００１６】
常用ＵＰＳ１０は、商用電源２に接続されたスイッチング対応コンバータであるＩＧＢＴコンバータ１１と、ＩＧＢＴコンバータ１１に接続された蓄電池１２と、ＩＧＢＴコンバータ１１および蓄電池１２に接続されたＩＧＢＴインバータ１３と、ＩＧＢＴインバータ１３および予備ＵＰＳ２０に接続された無瞬断切換器１４と、無瞬断切換器１４と予備ＵＰＳ２０との接続の入／切を切り換えるバイパス切換器１５とを備える。
【００１７】
また予備ＵＰＳ２０は、商用電源２にメイン回路２５により接続されたＩＧＢＴコンバータ２１と、商用電源２に対してこのメイン回路２５と並列状態に接続されたバックアップ回路２６によりコンタクタ２７を介して接続されたダイオード整流器２８と、このメイン回路２５またはバックアップ回路２６に接続を切り換えさせるためのコンバータ切換器２９と、コンバータ切換器２９を介してメイン回路２５またはバックアップ回路２６に接続される蓄電池２２と、コンバータ切換器２９および蓄電池２２に接続されたＩＧＢＴインバータ２３と、ＩＧＢＴインバータ２３に接続された計測器３０と、ＩＧＢＴインバータ２３および商用電源２に接続されるとともに常用ＵＰＳ１０の無瞬断切換器１４に接続された無瞬断切換器２４とを備える。
【００１８】
ＩＧＢＴコンバータ１１は、商用電源２から供給された交流電力を直流電力に順変換する。
【００１９】
蓄電池１２は、ＩＧＢＴコンバータ１１における順変換で得られた直流電力により必要に応じて浮動充電されており、商用電源２に障害が発生し電力供給が不可能のなったときにＩＧＢＴインバータ１３を介して負荷設備３に電力を供給する。
【００２０】
ＩＧＢＴインバータ１３は、ＩＧＢＴコンバータ１１における順変換で得られた直流電力を、交流電力に逆変換する。
【００２１】
無瞬断切換器１４は、ＩＧＢＴコンバータ１１、蓄電池１２、およびＩＧＢＴインバータ１３が正常に稼働しているときには負荷設備３をＩＧＢＴインバータ１３に接続し、ＩＧＢＴコンバータ１１、蓄電池１２、またはＩＧＢＴインバータ１３のいずれかに異常が発生したことを検知したときには、負荷設備３を予備ＵＰＳ２０に接続するように切り換える。
【００２２】
バイパス切換器１５は、通常時は無瞬断切換器１４を予備ＵＰＳ２０に接続させ、予備ＵＰＳ２０のメンテナンス時等に、商用電源２に接続するように切り換える。
【００２３】
ＩＧＢＴコンバータ２１は計測器３０の制御により稼働または停止し、稼働時は、商用電源２から供給された交流電力を直流電力に順変換する。
【００２４】
蓄電池２２は、ＩＧＢＴコンバータ２１またはダイオード整流器２８における順変換で得られた直流電力により必要に応じて浮動充電されており、商用電源２に障害が発生し電力供給が不可能になったときにＩＧＢＴインバータ２３を介して負荷設備３に電力を供給する。
【００２５】
ＩＧＢＴインバータ２３は、ＩＧＢＴコンバータ２１またはダイオード整流器２８における順変換で得られた直流電力を、交流電力に逆変換する。
【００２６】
無瞬断切換器２４は、ＩＧＢＴコンバータ２１、蓄電池２２、およびＩＧＢＴインバータ２３が正常に稼働しているときにはＩＧＢＴインバータ２３に接続し、ＩＧＢＴコンバータ２１、蓄電池２２、またはＩＧＢＴインバータ２３のいずれかに異常が発生したときには、商用電源２に直接接続するように切り換える。
【００２７】
ダイオード整流器２８は、前段に接続されたコンタクタ２７がＯＮ状態にされ商用電源２から交流電力が供給されたときに、交流電力を直流電力に順変換する。
【００２８】
計測器３０は、図２に示すように、電流計測部３１と、判定部３２と、機器制御部３３とを有する。
【００２９】
電流計測部３１は、ＩＧＢＴインバータ２３から供給される電力の電流値を計測する。
【００３０】
判定部３２は、電流計測部３１で計測された電流値が、予め設定された閾値を超えるか否かを判定する。この閾値は、微量の電流では超えず、負荷設備３で通常運転が行われる程度の電流では超える値で設定される。
【００３１】
機器制御部３３は、判定部３２において閾値を超えると判定されたときには、ＩＧＢＴコンバータ２１を介して電力が供給されるように、ＩＧＢＴコンバータ２１に動作を開始させる始動信号を送信するとともに、コンタクタ２７をＯＦＦ状態に制御し、またコンバータ切換器２９をメイン回路２５側に接続するように制御してダイオード整流器２８に電力が供給されないようにする。
【００３２】
また機器制御部３３は、判定部３２において閾値を超えないと判定されたときには、ダイオード整流器２８を介して電力が供給されるように、ＩＧＢＴコンバータ２１に動作を停止させる停止信号を送信するとともに、コンタクタ２７をＯＮ状態に制御し、またコンバータ切換器２９をバックアップ回路２６側に接続するように制御する。
【００３３】
〈一実施形態による無停電電源システム（ＵＰＳシステム）１の動作〉
このように構成されたＵＰＳシステム１において、（１）常用ＵＰＳ１０が正常に稼働している場合、（２）常用ＵＰＳ１０に異常が発生した場合、について説明する。
【００３４】
（１）常用ＵＰＳ１０が正常に稼働している場合
まず、常用ＵＰＳ１０のＩＧＢＴコンバータ１１において、商用電源２から供給された交流電力が直流電力に順変換される。
【００３５】
ＩＧＢＴコンバータ１１における順変換で得られた直流電力は必要に応じて蓄電池１２に浮動充電され、ＩＧＢＴインバータ１３において直流電力から交流電力に逆変換される。
【００３６】
そして、常用ＵＰＳ１０のＩＧＢＴコンバータ１１、蓄電池１２、およびＩＧＢＴインバータ１３が正常に稼働している場合は、無瞬断切換器１４によりＩＧＢＴインバータ１３に負荷設備３が接続するように切り換えられており、ＩＧＢＴインバータ１３から供給された交流電力が無瞬断切換器１４を介して負荷設備３に供給される。
【００３７】
このとき、予備ＵＰＳ２０から負荷設備３には電流が流れていない待機状態であるため予備ＵＰＳ２０内では蓄電池２２に充電するための電流のみが必要な状態であり、計測器３０の電流計測部３１で計測される電流値は判定部３２において閾値を超えず、ダイオード整流器２８を介して電流が流れるように、機器制御部３３によりＩＧＢＴコンバータ２１に動作を停止させる停止信号が送信されるとともに、コンタクタ２７がＯＮ状態に制御され、またコンバータ切換器２９がバックアップ回路２６側に接続するように制御される。
【００３８】
以上のように制御されることにより、常用ＵＰＳ１０が正常に稼働し予備ＵＰＳ２０は待機状態であり蓄電池２２に充電させるのみかまたは微量な電流しか必要としないときには、ＩＧＢＴコンバータ２１が停止され、制御を必要としないダイオード整流器２８により順変換が行われることにより、ＩＧＢＴコンバータ２１におけるスイッチング損失および常時稼働による電力損失を削減することができる。
【００３９】
（２）常用ＵＰＳ１０に異常が発生した場合
常用ＵＰＳ１０のＩＧＢＴコンバータ１１、蓄電池１２、またはＩＧＢＴインバータ１３のいずれかにおいて異常が発生すると、この異常が無瞬断切換器１４において検知され、負荷設備３が予備ＵＰＳ２０に接続されるように切り換えられる。
【００４０】
負荷設備３が予備ＵＰＳ２０に接続されるように切り換えられると、予備ＵＰＳ２０から負荷設備３への電力が供給されるようになり、計測器３０の電流計測部３１で計測される電流値が上昇する。
【００４１】
この時点ではＩＧＢＴコンバータ２１は停止状態であるとともに、コンタクタ２７はＯＮ状態でコンバータ切換器２９がバックアップ回路２６側に接続されている。
【００４２】
そして、予備ＵＰＳ２０から負荷設備３への電力が供給されたことにより、計測器３０の電流計測部３１において電流値の上昇が計測されると、判定部３２において閾値を超えたと判定される。
【００４３】
判定部３２において電流値が閾値を超えたと判定されると、ＩＧＢＴコンバータ２１を介して電力が供給されるように、機器制御部３３によりＩＧＢＴコンバータ２１に動作を開始させる始動信号が送信されるとともに、コンタクタ２７がＯＦＦ状態に制御され、またコンバータ切換器２９がメイン回路２５側に接続するように制御される。
【００４４】
このように制御されることにより、常用ＵＰＳ１０に異常が発生し予備ＵＰＳ２０が稼働状態になり供給される電力の電流値が上がったときには、ダイオード整流器２８に代わって高性能のＩＧＢＴコンバータ２１により順変換が行われることにより、高調波の発生を抑えた電力を供給することができる。
【００４５】
以上の本実施形態によれば、常用ＵＰＳに接続された予備ＵＰＳが待機状態にあるときおよび微量の電力しか供給していないときには、ダイオード整流器で順変換を行うことにより予備ＵＰＳ内の電力損失を低減させ、常用ＵＰＳで異常が発生して予備ＵＰＳが所定値以上の電力を供給するように稼動しているときには、ＩＧＢＴコンバータで順変換を行うことにより高調波を抑えた電力を供給することが可能になり、効率の良い電力供給を行うことができる。
【００４６】
上述した実施形態においては、１台の予備ＵＰＳに対し１台の常用ＵＰＳが接続されている場合について説明したが、これには限定されず、１台の予備ＵＰＳに複数の常用ＵＰＳが接続されていてもよい。その際、いずれかの常用ＵＰＳで異常が発生して当該予備ＵＰＳが稼働しているときには、他の常用ＵＰＳ内の無瞬断切換器と予備ＵＰＳとの接続の入／切を切り替えるバイパス切換器が切状態にされ、予備ＵＰＳに接続されないように制御される。また、このバイパス切換器が切状態のときにはこの常用ＵＰＳ内の無瞬断切換器は直接商用電源に接続され、常用ＵＰＳ内のＩＧＢＴコンバータ、蓄電池、またはＩＧＢＴインバータで異常が発生したときには直接商用電源から交流電力が供給される。
【００４７】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この実施形態やその変形は、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。
【符号の説明】
【００４８】
１…ＵＰＳシステム
２…商用電源
３…負荷設備
１０…常用ＵＰＳ
１１…ＩＧＢＴコンバータ
１２…蓄電池
１３…ＩＧＢＴインバータ
１４…無瞬断切換器
１５…バイパス切換器
２０…予備ＵＰＳ
２１…ＩＧＢＴコンバータ
２２…蓄電池
２３…ＩＧＢＴインバータ
２４…無瞬断切換器
２５…メイン回路
２６…バックアップ回路
２７…コンタクタ
２８…ダイオード整流器
２９…コンバータ切換器
３０…計測器
３１…電流計測部
３２…判定部
３３…機器制御部
【図１】
2012060845.tif 000003
【図２】
2012060845.tif 000004
【図３】
2012060845.tif 000005