(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を直流に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流出力を再び交流に変換して出力する逆変換器と、前記商用電源の停電時に前記逆変換器に直流電力を供給するエネルギー蓄積部と、前記順変換器および前記逆変換器をバイパスして前記商用電源からの交流を給電するバイパス回路と、前記逆変換器とバイパス回路とを無瞬断で切り換えるための無瞬断切換回路とを備えた無停電電源装置を複数台用意し、そのうちの１台を予備用無停電電源装置とし残りを常用無停電電源装置とし、前記予備用無停電電源装置は、前記常用無停電電源装置の保守点検や故障時に前記常用無停電電源装置のバイパス回路に自己の逆変換器からの電源を供給するようにした常用予備無停電電源システムにおいて、前記予備用無停電電源装置は、常時は順変換器および逆変換器を停止しバイパス回路からの商用電源を出力可能状態とし、前記商用電源から出力電流が流れたことを検出したときは順変換器および逆変換器を自動的に運転して逆変換器からの電源を前記常用無停電電源装置に供給することを特徴とする常用予備無停電電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、常用無停電電源装置が点検や故障のときに予備用無停電電源装置から無停電電源を供給するようにした常用予備無停電電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、コンピュータ等の重要負荷の電源は瞬間的な停電も許されないので、無停電電源装置(ＵＰＳ)が多く使用されている。無停電電源装置は商用電源を順変換器で直流に変換し逆変換器で所望の交流に変換して負荷に供給するようにしたものであり、万一、商用電源に停電が発生した場合には、蓄電池による直流電力を逆変換器を介して負荷に連続した電源を供給するように構成されている。
【０００３】
図３は、この種の一般的な無停電電源装置１の基本的な構成例を示すブロック図である。商用電源２から入力される交流入力３は、交流入力遮断器４を介して順変換器５で直流に変換され、さらに逆変換器６で再び交流に逆変換されてＵＰＳ電源による給電（ＵＰＳ給電）１３となる。このＵＳＰ給電は無瞬断切換回路７を介して交流出力１５として負荷１６に供給される。また、順変換器５は直流入力遮断器８を介してエネルギー蓄積部である蓄電池９に直流エネルギーを蓄える。
【０００４】
商用電源２に停電が生ずると交流入力３がなくなるが、蓄電池９の直流エネルギーが逆変換器６に供給されるので、無停電電源装置１の交流出力１５は負荷１６に連続して供給することができる。
【０００５】
また、順変換器５および逆変換器６をバイパスしてバイパス回路１２が設けられており、このバイパス回路１２には、一般に商用電源２からバイパス入力１０が入力され、バイパス入力遮断器１１を介して無瞬断切換回路７に供給される。このバイパス回路１２により、順変換器５や逆変換器６の保守点検や万一故障が発生した場合にも、負荷１６に対して連続した交流出力１５を得ることができるようにしている。逆変換器６によるＵＰＳ給電１３とバイパス回路１２による給電（バイパス給電）１４との切換は、無瞬断切換回路７によって手動または自動により行われる。
【０００６】
このように、１台の無停電電源装置により無停電電源システムを構成する場合には、バイパス入力１０の電源は商用電源２が用いられている。
【０００７】
一方、負荷１６の重要度が非常に高くいかなる場合においても商用電源２によるバイパス給電１４が許されない場合においては、このバイパス入力１０の電源は商用電源２ではなく、順変換器５および逆変換器６を介したＵＰＳ給電１３による電源としている。
【０００８】
バイパス入力１０の電源をＵＰＳ給電１３による電源としてものは、常用予備無停電電源システム(または共通予備無停電電源システム)と呼ばれており、常用予備無停電電源システムは、常時、ＵＰＳ給電１３による交流出力１５で負荷１６に電源を供給する複数台の常用無停電電源装置と、この常用無停電電源装置のバイパス入力１０にＵＰＳ給電１３を供給するための予備用無停電電源装置によって構成される。
【０００９】
図４は、そのような常用予備無停電電源システムのブロック図である。図４では、１台の常用無停電電源装置１Ａと１台の予備用無停電電源装置１Ｂによって構成されたものを示している。複数台の常用無停電電源装置１Ａを設ける場合には、予備用無停電電源装置１Ｂを共通にして、他の常用無停電電源装置１Ａを並列に接続することになる。
【００１０】
常用無停電電源装置１Ａおよび予備用無停電電源装置１Ｂには、それぞれ運転停止を指令するための盤面押しボタンスイッチ１７、盤面押しボタンスイッチ１７からの指令に基づいて順変換器５および逆変換器６に運転指令を出力する制御回路１８、無瞬断切換回路７に対してＵＰＳ給電とバイパス給電との切換指令を出力する無瞬断切換制御回路２０が設けられている。つまり、常用無停電電源装置１Ａおよび予備用無停電電源装置１Ｂの運転停止は、盤面押しボタンスイッチ１７によって制御回路１８を介して順変換器５並びに逆変換器６に指令が与えられることにより行われる。
【００１１】
常用無停電電源装置１Ａの運転中に、逆変換器５や順変換器６に故障が発生した場合には、制御回路１８から故障信号１９が無瞬断切換制御回路２０を介して無瞬断切換回路７に入力され、ＵＰＳ給電１３からバイパス回路１２によるバイパス給電１４に切り換えられる。常用無停電電源装置１Ａのバイパス給電１４は、予備用無停電電源装置１ＢのＵＳＰ給電１３によるものであるので、負荷１６には連続した交流出力１５が与えられる。
【００１２】
これにより、常用予備無停電電源システムの予備用無停電電源装置１Ｂは、常用無停電電源装置１Ａが点検や故障で停止した場合であっても負荷への給電を適切に行い電力供給の信頼性を高めている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような常用予備無停電電源システムでは、常用無停電電源装置１Ａが健全な状態では、予備用無停電電源装置１Ｂは常にＵＰＳ給電による無負荷運転で待機していることとなる。従って、ＵＰＳ給電で生じる運転損失が発生し、常用予備無停電電源システムとしての入力容量が大きくなり、また、常用予備無停電電源システムの発生熱量も大きくなることから、無停電電源装置の設置場所に必要とされる空調設備もその分大きなものを選定する必要がある。
【００１４】
予備用無停電電源装置１Ｂは、常用無停電電源装置１Ａが点検や万一故障した場合でも連続したＵＰＳ電源を供給できるようにするために、通常運転状態で無負荷運転をＵＰＳ給電で行っているが、点検はおおよそ年１回であり、また最近の無停電電源装置は信頼性が非常に高くなっており、故障の頻度も非常に少なくなっている。従って、予備用無停電電源装置１Ｂが負荷給電する回数は非常に少ないと言える。
【００１５】
それにもかかわらず、従来では予備用無停電電源装置は無負荷運転による待機をＵＰＳ給電によって行っているので、順変換器５や逆変換器６等のＵＰＳ給電で生じる運転損失が発生し、これによって常用予備無停電電源システムとしての入力容量が大きくなっている。
【００１６】
本発明の目的は、運転損失を最小限とし、入力容量並びに発生熱量を最小限に抑制できる常用予備無停電電源システムを提供することにある。
【００１７】
【発明を解決するための手段】
請求項１の発明に係る常用予備無停電電源システムは、商用電源から入力される交流を直流に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流出力を再び交流に変換して出力する逆変換器と、前記商用電源の停電時に前記逆変換器に直流電力を供給するエネルギー蓄積部と、前記順変換器および前記逆変換器をバイパスして前記商用電源からの交流を給電するバイパス回路と、前記逆変換器とバイパス回路とを無瞬断で切り換えるための無瞬断切換回路とを備えた無停電電源装置を複数台用意し、そのうちの１台を予備用無停電電源装置とし残りを常用無停電電源装置とし、前記予備用無停電電源装置は、前記常用無停電電源装置の保守点検や故障時に前記常用無停電電源装置のバイパス回路に自己の逆変換器からの電源を供給するようにした常用予備無停電電源システムにおいて、前記予備用無停電電源装置は、常時は順変換器および逆変換器を停止しバイパス回路からの商用電源を出力可能状態とし、前記商用電源から出力電流が流れたことを検出したときは順変換器および逆変換器を自動的に運転して逆変換器からの電源を前記常用無停電電源装置に供給することを特徴とする。
【００１８】
請求項１の発明に係る常用予備無停電電源システムにおいては、常時、常用無停電電源装置が負荷給電している状態では、予備用無停電電源装置はバイパス給電による無負荷運転で待機し、順変換器並びに逆変換器は停止している。そして、常用無停電電源装置の点検または故障で予備用無停電電源装置から一旦商用電源によるバイパス給電による出力電流が流れたことを検出すると、その間に、停止している順変換器並びに逆変換器を自動的に運転し、バイパス給電からＵＰＳ給電に自動的に切り換え負荷にＵＰＳ給電を供給する。これにより運転損失を最小限とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の参考例に係る常用予備無停電電源システムのブロック構成図である。この参考例は、図４に示した従来例に対し、常用無停電電源装置１Ａの故障信号１９を予備用無停電電源装置１Ｂの制御回路１８に入力する回路を付加した構成としたものである。
【００２２】
常用無停電電源装置１Ａおよび予備用無停電電源装置１Ｂの運転停止は、盤面押しボタンスイッチ１７によって制御回路１８を介して順変換器５並びに逆変換器６に指令が与えられることにより行われる。
【００２３】
常用無停電電源装置１Ａは、通常運転中においては、商用電源２からの交流入力３を交流入力遮断器４を介して順変換器５で直流に変換し、さらに逆変換器６で交流に逆変換してＵＰＳ電源１３を行う。このＵＳＰ給電１３は無瞬断切換回路７を介して交流出力１５として負荷１６に供給される。また、順変換器５は直流入力遮断器８を介してエネルギー蓄積部である蓄電池９に直流エネルギーを蓄える。
【００２４】
商用電源２に停電が生ずると、逆変換器６は蓄電池９の直流エネルギーを交流に変換してＵＳＰ給電１３が継続され、交流出力１５として負荷１６に連続して供給する。
【００２５】
バイパス回路１２は、予備用無停電電源装置１Ｂの出力端に接続され、予備用無停電電源装置１Ｂの出力信号をバイパス入力遮断器１１を介して無瞬断切換回路７に入力するようにしている。逆変換器６によるＵＰＳ給電１３とバイパス回路１２によるバイパス給電１４との切換は、無瞬断切換回路７によって手動または自動により行われる。
【００２６】
一方、予備用無停電電源装置１Ｂは、通常運転中においては順変換器５および逆変換器６は停止しており、商用電源２からのバイパス入力１０がバイパス入力遮断器１１を介してバイパス回路１２に供給され無瞬断切換回路７に入力される。
【００２７】
いま、通常運転中に、常用無停電電源装置１Ａに故障が生じたとする。そうすると、常用無停電電源装置１Ａの制御回路１８から故障信号１９が無瞬断切換制御回路２０に与えられ、無瞬断切換回路７によってバイパス回路１２への切換えが行われる。これにより、常用無停電電源装置１Ａはバイパス給電１４となる。常用無停電電源装置１Ａのバイパス入力１０は予備用無停電電源装置１Ｂの交流出力１５から供給されている。予備用無停電電源装置１Ｂは常時は商用電源２によるバイパス回路１２でバイパス給電１４されているため、負荷１６にはこの間商用電源２が供給される。
【００２８】
一方、常用無停電電源装置Ａの故障信号１９は予備用無停電電源装置１Ｂの制御回路１８に与えられ、これにより予備用無停電電源装置１Ｂの制御回路１８は、順変換器５および逆変換器６に運転指令を出力して順変換器５および逆変換器６を運転し、バイパス給電１４からＵＰＳ給電１３に切り換える。これにより、これ以降は予備用無停電電源装置１ＢのＵＰＳ給電１３が予備用無停電電源装置１Ｂの交流出力１５となり、ＵＰＳ給電１３が負荷１６に供給される。
【００２９】
このように、常用無停電電源装置１Ａが故障した場合には常用無停電電源装置１Ａの故障信号１９で予備用無停電電源装置１Ｂを自動的にＵＰＳ給電１３に切り換える。
【００３０】
この参考例によれば、予備用無停電電源装置１Ｂの順変換器５および逆変換器６を運転制御するための制御回路１８に常用無停電電源装置１Ａの故障信号１９を入力する回路を付加し、予備用無停電電源装置１Ｂは常時は順変換器５および逆変換器６を停止させバイパス給電１４としておき、常用無停電電源装置１Ａが万一故障した場合には、予備用無停電電源装置１Ｂの順変換器５および逆変換器６を運転してバイパス給電１４からＵＰＳ給電１３に切り換える。
【００３１】
従って、予備用無停電電源装置１Ｂは待機状態にあるときはＵＰＳ給電１３による無負荷運転ではなく、商用電源２からのバイパス給電１４であるので、運転損失が小さくシステムの入力容量並びに発生熱量が大きくなることはない。
【００３２】
例えば２００ｋＶＡ程度の無停電電源装置の場合で、ＵＰＳ給電の運転損失は約１０％程度、これに対し順変換器および逆変換器を停止してバイパス給電した場合の運転損失は約２％であり、常用予備無停電電源システムとしての入力容量を少なくすることができ、入力変圧器容量の軽減が可能となる。
【００３３】
図２は本発明の実施の形態に係る常用予備無停電電源システムのブロック構成図である。この実施の形態は、図１に示した参考例の常用無停電電源装置１Ａの故障信号１９を予備用無停電電源装置１Ｂの制御回路１８に入力する回路に代えて、予備用無停電電源装置１Ｂの出力電流が流れたことを判断するための計器用変流器２１並びに出力電流計測回路２２を付加したものである。
【００３４】
いま、常用無停電電源装置１Ａが故障したとすると、常用無停電電源装置１Ａは無瞬断切換回路７によってバイパス回路１２に切り換わり、予備用無停電電源装置１Ｂからバイパス給電１４（商用電源２からの電源供給）を受けることになる。つまり、予備用無停電電源装置１Ｂには出力電流が流れる。この出力電流を計器用変流器２１で検出し、予備用無停電電源装置１Ｂの制御回路１８は常用無停電電源装置１Ａに故障が発生したと判定する。
【００３５】
予備用無停電電源装置１Ｂの制御回路１８は、順変換器５および逆変換器６に運転指令を出力して順変換器５および逆変換器６を運転し、バイパス給電１４からＵＰＳ給電１３に切り換える。これにより、これ以降は予備用無停電電源装置１ＢのＵＰＳ給電１３が予備用無停電電源装置１Ｂの交流出力１５となり、ＵＰＳ給電１３が負荷１６に供給される。
【００３６】
この実施の形態では、予備用無停電電源装置１Ｂに出力電流が流れたかどうかを判断することにより、常用無停電電源装置１Ａが故障したか否かを判断できることから、計器用変流器２１と出力電流計測回路２２とを予備用無停電電源装置１Ｂに付加して、計器用変流器２１に電流が流れたことを条件に予備用無停電電源装置１Ｂは順変換器５および逆変換器６を運転して無瞬断切換回路７でＵＰＳ給電１３に自動的に切り換える。
【００３７】
これによって、参考例と同様に、予備用無停電電源装置１Ｂは待機状態にあるときはＵＰＳ給電１３による無負荷運転ではなく商用電源２からのバイパス給電１４とできるので、運転損失が小さくなりシステムの入力容量並びに発生熱量も小さくできる。
【００３８】
ここで、予備用無停電電源装置１Ｂが負荷１６に給電するのは以下の２つのケースである。
【００３９】
（１）常用無停電電源装置１Ａを保守点検する場合
（２）常用無停電電源装置１Ａが故障した場合
ここで、予備用無停電電源装置の無負荷運転による待機をＵＰＳ給電１３からバイパス給電１４とした場合について考察する。
【００４０】
常用無停電電源装置１Ａの保守点検に関しては、常用無停電電源装置１Ａの保守点検する前に予備用無停電電源装置１ＢをＵＰＳ給電１３ができるように運転しておけば、予備用無停電電源装置を運転損失を生じてまで常時ＵＰＳ給電１３しておく必要性はない。
【００４１】
また、常用無停電電源装置１Ａの万一の故障に関しては、一旦予備用無停電電源装置の商用電源２によるバイパス給電１４によって負荷１６には給電されるが、その間に予備用無停電電源装置１Ｂの順変換器５および逆変換器６を自動的に運転し、バイパス給電１４からＵＰＳ給電１３に自動的に切り換えてやれば良い。
【００４２】
よって、本発明の実施の形態では、は常用予備無停電電源システムにおいて、予備用無停電電源装置１Ｂは常時バイパス給電とし、常用無停電電源装置１Ａが万一故障した場合に自動的に順変換器５並びに逆変換器６を運転してＵＰＳ給電させるようにしている。
【００４３】
ここで、従来の常用予備無停電電源システムでは、常用無停電電源装置１Ａが故障した場合でも予備用無停電電源装置１ＢのＵＰＳ給電に無瞬断で切り換えることができるのに対し、本発明のように、予備用無停電電源装置１Ｂの無負荷運転による待機状態をＵＰＳ給電ではなくバイパス給電とした場合には、常用無停電電源装置１Ａが万一故障した際には一旦商用電源によるバイパス給電となる。
【００４４】
しかし、バイパス給電から順変換器５および逆変換器６を立ち上げてＵＰＳ給電に切り換えるまでの時間は非常に短時間であること、また、最近では無停電電源装置の信頼性が非常に高くなり、故障の確率が非常に少なく、さらに商用電源２での給電中に商用電源２が停電となる確率、つまり無停電電源装置が故障しさらに商用電源が停電となる確率は非常に小さい（ほとんど無いと言える）ことから、従来のように予備用無停電電源装置１Ｂの常時の無負荷運転による待機をＵＰＳ給電で行なう必要性は少ない。むしろ予備用無停電電源装置１Ｂを常時バイパス給電させることによる運転損失が少なくなることの方が、入力容量や発生熱量を減少などそのメリットは大きい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、常用予備無停電電源システムにおいて、予備用無停電電源装置を常時バイパス給電させ、万一常用無停電電源装置が故障した場合には予備用無停電電源装置の順変換器および逆変換器を運転しＵＰＳ給電に切り換えるので、予備用無停電電源装置の運転損失が非常に少なくなる。
【００４６】
また、運転損失が少なくなることによる他の効果としてシステムの発生熱量が少なくなる。従って、無停電電源装置の設置場所に設置する空調機容量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例に係る常用予備無停電電源システムのブロック構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係る常用予備無停電電源システムのブロック構成図。
【図３】従来の無停電電源装置の基本的な構成例を示すブロック図。
【図４】従来の常用予備無停電電源システムのブロック構成図。
【[符号の説明】
１…無停電電源装置、２…商用電源、３…交流入力、４…交流入力遮断器、５…順変換器、６…逆変換器、７…無瞬断切換回路、８…直流入力遮断器、９…蓄電池、１０…バイパス入力、１１…バイパス入力遮断器、１２…バイパス回路、１３…ＵＳＰ給電、１４…バイパス給電、１５…交流出力、１６…負荷、１７…盤面押しボタンスイッチ、１８…制御回路、１９…故障信号、２０…無瞬断切換制御回路、２１…計器用変流器、２２…出力電流計測回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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