JP2005033923A

JP2005033923A - 無停電電源装置の並列運転制御システム

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Publication number: JP2005033923A
Application number: JP2003196495A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Daishoji; 秀文大聖寺
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】信号線断線等によりＵＰＳの並列運転が不能になる事態を回避してシステム全体の信頼性を向上させ、煩雑な配線工事によるコスト高を低減する。
【解決手段】複数のＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎと、各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎを並列接続するための並列盤１３と、各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの並列運転を制御する複数の並列制御回路１４〜１４とを有する。各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎに搭載され、各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの各々の出力線１２〜１２に接続される複数の電力線搬送通信装置１５〜１５を備える。各電力線搬送通信装置１５〜１５は、各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの各々の出力線１２〜１２を介して各並列制御回路１４〜１４間の並列運転情報を授受し、各並列制御回路１４は、並列運転情報に基づいて複数のＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの並列運転を制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無停電電源装置の並列運転制御システムに関し、特に、複数の無停電電源装置に搭載される各制御回路間で電流情報などの並列運転情報をやり取りして各無停電電源装置の並列運転をその各出力のバランスをとりながら制御する並列運転制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無停電電源装置（ＵＰＳ：ＵｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙ）は、通常、蓄電池とインバータ装置を備え、交流電源が遮断された場合等の異常発生時に、蓄電池の直流電力をインバータ装置によって交流電力に変換し負荷に供給する装置であるが、システムの信頼性を確保するために予備装置を少なくとも１台以上多く設けた冗長システムや、負荷容量の増大への対応のための並列運転システムとして、しばしば設置される。
【０００３】
この場合、各々のＵＰＳを並列運転制御するために並列運転制御回路が必要となり、この並列運転制御回路は各々のＵＰＳに内蔵されたり、または並列盤等に内蔵され、一括してＵＰＳを制御するための並列運転制御回路が用意される。
【０００４】
従来の並列運転制御方式の場合、例えば図４に示す並列運転制御システムが採用される。このシステムは、交流電源８に配線用遮断器５０を介し並列接続される複数のＵＰＳ１−１〜１−Ｎと、これら各ＵＰＳ１−１〜１−Ｎの出力線を配線用遮断器５３を介し集線する並列盤１３と、この並列盤１３に接続される負荷１６とを備える。
【０００５】
各ＵＰＳ１−１〜１−Ｎには、交流電源８からの交流を継電器５１を介し受け取り、その交流を直流に変換するコンバータ９と、そのコンバータ９の出力側に接続され、直流を交流に変換し常に安定した周波数および電圧を継電器５２を介し並列盤１３経由で負荷１６に供給するインバータ１０とを搭載される。インバータ１０の入力側には、図示しない蓄電池が接続され、交流電源８の異常発生時に、交流電源８によるインバータ給電から蓄電池によるインバータ給電への連続的な切り換えが可能となっている。
【０００６】
このシステムにおいて、ＵＰＳを運転する場合には、各々のインバータ１０の出力電圧、出力電流をバランスさせる必要があり、そのためには各々のＵＰＳ１−１〜１−Ｎ間で各種制御信号の授受が必要となる。この並列制御は、各々のＵＰＳ１−１〜１−Ｎに内蔵される並列制御回路２により行なわれ、各並列制御回路２間での並列制御情報のやり取りのため、各並列制御回路２は専用の信号線３により接続される。
【０００７】
また、図５に示すシステムのように上記と同じコンバータ９及びインバータ１０を搭載した各ＵＰＳ１−１〜１−Ｎを並列盤４に内蔵する並列制御回路５にて一括制御する場合は、並列制御回路５の並列制御情報を各々のＵＰＳ１−１〜１−Ｎに内蔵され、ＵＰＳを制御する並列制御回路６に送ることにより行なわれる。このため、並列制御回路５と各ＵＰＳ１−１〜１−Ｎに内蔵される並列制御回路６は、並列制御情報のやり取りのために専用の信号線７により接続される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−２４５４８７号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１０−２０１１０５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例のＵＰＳの並列運転制御システムは、そのシステムの信頼性の向上がねらいであるが、並列運転のための制御情報を専用の信号線で接続した場合、システムの信頼性はこの信号線の信頼性に左右されてしまうといった問題があった。すなわち、図４に示す信号線３、または図５に示す信号線７に断線等の事故が発生した場合、ＵＰＳの並列運転が不能になる欠点があった。また、配線工事が煩雑となり、装置がコスト高ともなっていた。
【００１１】
これに対し、ＵＰＳ以外で、複数の互いに並列接続した電源部を用いたシステムとして、負荷に対し並列接続したスイッチング電源部の負荷分担を制御線を布設することなくスイッチング電源部の入力線に信号を重畳させることで行なわせる電源バランス方式（例えば、特許文献１参照）や、太陽電池構成の複数の分散電源の静止型の電力変換装置を共通の１台の制御装置で運転する際に制御装置と各分散電源装置との間のそれぞれに専用の信号線を布設することなく、運転制御情報を伝送する太陽光発電装置（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【００１２】
しかしながら、ＵＰＳでは、図４及び図５に示すように、入出力側に継電器５１、５２を備え、商用交流電源によるバイパス給電と、商用交流電源に異常が発生した場合の蓄電池によるインバータ給電とを切り換えるのが一般的であり、このようなＵＰＳ固有の装置、システム構成上の制約があるため、例えば専用信号線を布設しない構成として、上記特許文献１、２のようなＵＰＳ以外の装置の並列運転制御方式をそのまま適用するのは困難である。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的は、信号線断線等の事故によりＵＰＳの並列運転が不能になる事態を回避してシステム全体の信頼性を向上させ、煩雑な配線工事によるコスト高を低減することができる無停電電源装置の並列運転制御システムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、無停電電源装置が運転し給電している限り信頼性が期待できる無停電電源装置の出力線に、電力線搬送通信を用いて並列運転の制御情報を重畳させる構成を採用し、これにより、コストダウンやシステム全体の信頼性を向上させるものである。
【００１５】
すなわち、請求項１記載の発明にかかる無停電電源装置の並列運転制御システムは、複数の無停電電源装置と、前記複数の無停電電源装置の各々の出力線に接続され、該各無停電電源装置を並列接続する並列盤と、前記複数の無停電電源装置に搭載され、該各無停電電源装置の並列運転を制御する複数の制御回路とを有するシステムにおいて、前記複数の無停電電源装置に搭載され、該各無停電電源装置の出力線に接続される複数の電力線搬送通信装置を備え、前記複数の電力線搬送通信装置は、前記各無停電電源装置の出力線を介して前記各制御回路間での並列運転情報を授受し、前記複数の制御回路は、前記並列運転情報に基づいて前記複数の無停電電源装置の並列運転を制御することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２記載の発明にかかる無停電電源装置の並列運転制御システムは、複数の無停電電源装置と、前記複数の無停電電源装置に搭載され、該各無停電電源装置の並列運転を制御する複数の第一制御回路と、前記複数の無停電電源装置の各々の出力線に接続され、該各無停電電源装置を並列接続する並列盤と、前記並列盤に搭載され、前記複数の無停電電源装置の並列運転を一括制御する第二制御回路とを有するシステムにおいて、前記複数の無停電電源装置に搭載され、該各無停電電源装置の出力線に接続される複数の第一電力線搬送通信装置と、前記並列盤に搭載され、該並列盤の入力線に接続される第二電力線搬送通信装置とを備え、前記第一及び第二電力線搬送通信装置は、前記第一及び第二制御回路間での並列運転情報を授受し、前記第一及び第二制御回路は、前記並列運転情報に基づいて前記複数の無停電電源装置の並列運転を制御することを特徴とする。
【００１７】
さらに、請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の無停電電源装置の並列運転制御システムにおいて、前記複数の無停電電源装置は、交流電源に接続されるコンバータと、該コンバータに接続されるインバータとを有し、前記複数の無停電電源装置に搭載される複数の制御回路は、前記並列運転情報に基づいて前記インバータの少なくとも出力電流値が、並列運転をしている前記各無停電電源装置の台数で負荷電流値を割った電流値と一致するように該インバータの出力周波数及び出力電圧を制御することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る無停電電源装置の並列運転制御システムの構成を示す図である。
【００２０】
図１に示す無停電電源装置の並列運転制御システムは、交流電源８と、交流電源８に並列接続される複数（Ｎ）台の無停電電源装置（以下、ＵＰＳ）１１−１〜１１−Ｎと、各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの出力線１２〜１２にその集線装置として接続される並列盤１３と、並列盤１３に接続される負荷１６とから構成される。交流電源８と各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎ間には、配線保護及び保守点検のために配線用遮断器５０が設置される。各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎと並列盤１３間にも、同様に配線用遮断器５３が設置される。
【００２１】
各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎには、交流電源８に接続され、交流を直流に変換するコンバータ９と、直流を交流に変換し常に周波数と電圧を供給するインバータ１０を備える。コンバータ９及びインバータ１０は、例えばＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子等のスイッチング素子を用いて構成され、高周波のＰＷＭ（ＰｕｌｓｅｗｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御が可能となっている。コンバータ９の入力側とインバータ１０の出力側には、無停電電源装置が故障した時に系統からの分離のため、継電器５１、５２がそれぞれ設置されている。また、インバータ１０の入力側には、図示しない蓄電池が接続され、交流電源８の停電や遮断等の異常発生に際し、電力供給を交流電源８から蓄電池に切り換え、蓄電池の直流電力をインバータ１０によって交流電力に変換し出力することで負荷１６への電力供給の連続性を確保している。
【００２２】
上記構成により、各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎは、交流電源８から交流電力を受電し、コンバータ９により交流電力を整流しインバータ１０に供給し、インバータ１０によりコンバータ９から供給された直流電力を逆変換して常に安定した周波数、電力を出力線１２を介して並列盤１３に供給する。各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの出力電力は、並列盤１３に並列出力され、一括して負荷１６に供給される。
【００２３】
また、各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎには、その出力線１２にキャパシタ（図示しない）を介し高周波接続される電力線搬送通信装置１５と、この電力線搬送通信装置１５とインバータ１０との間に接続され、電力線搬送通信装置１５を介してやり取りされる並列運転情報に基づいて、インバータ１０を制御する並列制御回路１４とが内蔵される。
【００２４】
電力線搬送通信装置１５は、インバータ１０の出力電流、出力電圧の大きさ及びその電圧位相などの並列運転に必要な情報（本実施形態では例えば電流情報）を内蔵する検出器（図示しない）によって検出し、その検出信号を自ＵＰＳ内の並列制御回路１４に供給すると共に、出力線１２を介し他のＵＰＳ内に通信可能となっている。
【００２５】
並列制御回路１４は、例えば電力線搬送通信装置１５からの並列運転情報に基づいて、インバータ１０を構成するＩＧＢＴ素子等のスイッチング素子の制御電極（ゲート電極又はベース電極）に供給すべきＰＷＭ制御信号を生成するＰＷＭ回路等の内部構成を有し、例えばＵＰＳ１１−１に内蔵されるものの場合、インバータ１０の出力電圧、出力周波数、位相等の並列運転に必要な情報を電力線搬送通信装置１５によりＵＰＳ１１−１の出力線１２を介して他のＵＰＳ１１−２〜１１−Ｎへ送信する。
【００２６】
このＵＰＳ１１−１からの並列運転のための情報は、電力線搬送通信装置１５を介し他のＵＰＳ１１−２〜１１−Ｎへ送られる。この情報に基づいて、並列制御回路１４は、並列運転を行なっているＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの出力（例えば、出力電流）がバランスするように、それぞれに内蔵されるインバータ１０の出力周波数および出力電圧を調整する。これらの動作は、他のＵＰＳ１１−２〜１１−Ｎについても同様に行なわれ、その結果、ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの出力はバランスしながら並列盤１３を介し負荷１６に供給される。
【００２７】
ここで、図２を参照して、本実施形態の動作について説明する。
【００２８】
図２は、４台のＵＰＳ１１−１〜１１−４の並列運転の動作を説明するものである。ここでは、説明の都合上、ＵＰＳの台数を４台としているが、他の台数の場合もこれと同様である。また、各ＵＰＳ１１−１〜１１−４に搭載される並列制御回路１４は、他のＵＰＳからの出力電流に基づいて自ＵＰＳのインバータ１０の出力電流をそれぞれ制御するものとする。図２において、（ａ）は、４台のＵＰＳ１１−１〜１１−４の並列運転により負荷１６に供給される出力電流（共通電流）の時系列変化（縦軸：負荷電流（％）、横軸：時間）、（ｂ）〜（ｅ）は各ＵＰＳ１１−１〜１１−４に搭載されるインバータ１０の出力電流の時系列変化（縦軸：出力電流（％）、横軸：時間）をそれぞれ示す。
【００２９】
まず、４台のＵＰＳ１１−１〜１１−４の並列運転により負荷１６に供給される負荷電流（共通電流）を１００％とすると、図２に示すように、各ＵＰＳ１１−１〜１１−４に搭載される並列制御回路１４は、並列運転に必要な情報を電力線搬送通信装置１５により出力線１２を介して授受し、これにより負荷電流を並列運転中のＵＰＳ台数分、すなわち４台分で割った２５％の出力電流値となるようにインバータ１０の出力周波数及び出力電圧を調整する。
【００３０】
この状態から時刻ｔ１の時点で、４台のうち１台のＵＰＳ１１−１が故障等によりその負荷１６への出力が停止したとする。すると、他の３台のＵＰＳ１１−２〜１１−４に搭載される並列制御回路１４は、並列運転に必要な情報を電力線搬送通信装置１５により出力線１２を介して授受し、これにより負荷１６への出力電流を並列運転中のＵＰＳ台数分、すなわち３台分で割った約３３％の出力電流値となるようにインバータ１０の出力周波数及び出力電圧を調整する。これにより、インバータ１０の出力電流が２５％から約３３％に上昇する。
【００３１】
従って、本実施形態によれば、各ＵＰＳ間を接続する専用の信号線が不要となってコストダウンおよび配線工事を省略することができ、信号線が不要になったことで、従来システムと比べ、ＵＰＳの並列運転制御システムの信頼性を大幅に向上させることができる。
【００３２】
（第二実施形態）
図３は、本発明の第二実施形態に係る無停電電源装置の並列運転制御システムの構成を示す図である。本実施形態では、無停電電源装置の並列運転制御システムの全体構成は、図１に示す構成と同様で、さらに並列盤内に電力線搬送通信装置及び並列制御回路を搭載している。なお、前述と同一の構成要素（ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎ、コンバータ９、インバータ１０、並列制御回路１４、電力線搬送通信装置１５、負荷１６、配線用遮断器５０、５３、継電器５１、５２）には、同一の符号を付し、その説明を省略することとする。
【００３３】
図３に示す無停電電源装置の並列運転制御システムにおいて、並列盤１８には、並列運転を一括制御するための並列制御回路１７及びこれに接続される電力線搬送通信装置１９が内蔵される。並列制御回路１７は、電力線搬送通信装置１９を介し、各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの出力線２０〜２０が集線される集線ポイント２０ａに接続される。
【００３４】
並列制御回路１７は、各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの出力を監視し、各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの出力（例えば、出力電流）がバランスするよう各々の出力線２０〜２０を介し各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎへ並列運転に必要な情報を送信する。並列制御回路１７からの並列運転のための情報は、各出力線２０〜２０経由で各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎに内蔵される電力線搬送通信装置１５を介し並列制御回路１４に送られ、並列制御回路１４は、前述と同様に各ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの出力がバランスするようにインバータ１０の出力周波数および出力電圧を調整する。これにより、ＵＰＳ１１−１〜１１−Ｎの出力はバランスしながら並列盤１８を介し負荷１６に供給される。
【００３５】
従って、本実施形態によれば、並列盤に内蔵する並列制御回路を用いて一括制御する構成でも上記第一実施形態と同様の効果を得ることができ、従って設計選択肢の幅をより広げることができる等の利点がある。
【００３６】
なお、上記実施形態では、並列制御回路はインバータの出力電流を各ＵＰＳ間でバランスするようにインバータの出力周波数及び出力電圧を調整する場合を説明しているが、本発明はこれに限らず、出力電圧の大きさ及び位相が各ＵＰＳ間で互いに一致するように（各ＵＰＳ間の出力電圧の大きさが等しく、またその電圧位相差が零となるように）インバータの出力周波数および出力電圧を調整するようにしてもよい。要は、インバータの出力電流、または出力電圧及び電圧位相のいずれかが各ＵＰＳ間でバランスするように制御する構成であればよい。なお、並列制御回路におけるインバータ制御方式については、ＰＷＭ制御等の当業者によく知られている既知方式をそのまま適用することができるので、本明細書ではその詳細を省略する。
【００３７】
また、上記実施形態では、ＵＰＳの並列運転制御方式に適用した場合を説明しているが、本発明にこれに限らず、複数のＵＰＳの連携運転や運転状況の一括制御などの制御方式にも用いることができ、この場合には、信号線を増やすことなく機能を実現できるといった利点がある。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の本発明によれば、各ＵＰＳ間の信号線が不要となってコストダウンおよび配線工事を省略することができ、信号線が不要になったことでＵＰＳの並列運転制御システムの信頼性を大幅に向上させることができる。
【００３９】
また、請求項２記載の本発明によれば、並列盤に搭載した制御回路にて一括制御する構成においても、上記と同様の効果を得ることができ、設計選択肢の幅を広げることができ、また従来構成をそのまま適用できることから、より一層のコストダウンを図ることも可能となる。
【００４０】
さらに、請求項３記載の本発明によれば、コンバータ及びインバータを搭載し、制御回路がインバータの少なくとも出力電流を各ＵＰＳ間でバランスするように制御する構成においても、上記と同様の効果を得ることができ、設計選択肢の幅をより一層広げることができ、また従来構成をそのまま適用できることから、より一層のコストダウンを図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる無停電電源装置の並列運転制御システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、第一実施形態の動作例を説明するグラフである。
【図３】本発明の第二実施形態にかかる無停電電源装置の並列運転制御システムの全体構成を示すブロック図である。
【図４】従来の無停電電源装置の並列運転制御システムの全体構成を示すブロック図である。
【図５】他の従来の無停電電源装置の並列運転制御システムの全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
９コンバータ
１０インバータ
１１−１〜１１−ＮＵＰＳ（無停電電源装置）
１２出力線
１３並列盤
１４並列制御回路
１５電力線搬送通信装置
１６負荷
１７並列制御回路
１８並列盤
１９電力線搬送通信装置
２０出力線
２０ａ集線ポイント
５０、５３配線用遮断器
５１、５２継電器

Claims

複数の無停電電源装置と、前記複数の無停電電源装置の各々の出力線に接続され、該各無停電電源装置を並列接続する並列盤と、前記複数の無停電電源装置に搭載され、該各無停電電源装置の並列運転を制御する複数の制御回路とを有するシステムにおいて、
前記複数の無停電電源装置に搭載され、該各無停電電源装置の出力線に接続される複数の電力線搬送通信装置を備え、
前記複数の電力線搬送通信装置は、前記各無停電電源装置の出力線を介して前記各制御回路間での並列運転情報を授受し、
前記複数の制御回路は、前記並列運転情報に基づいて前記複数の無停電電源装置の並列運転を制御することを特徴とする無停電電源装置の並列運転制御システム。
複数の無停電電源装置と、前記複数の無停電電源装置に搭載され、該各無停電電源装置の並列運転を制御する複数の第一制御回路と、前記複数の無停電電源装置の各々の出力線に接続され、該各無停電電源装置を並列接続する並列盤と、前記並列盤に搭載され、前記複数の無停電電源装置の並列運転を一括制御する第二制御回路とを有するシステムにおいて、
前記複数の無停電電源装置に搭載され、該各無停電電源装置の出力線に接続される複数の第一電力線搬送通信装置と、
前記並列盤に搭載され、該並列盤の入力線に接続される第二電力線搬送通信装置とを備え、
前記第一及び第二電力線搬送通信装置は、前記第一及び第二制御回路間での並列運転情報を授受し、
前記第一及び第二制御回路は、前記並列運転情報に基づいて前記複数の無停電電源装置の並列運転を制御することを特徴とする無停電電源装置の並列運転制御システム。
前記複数の無停電電源装置は、交流電源に接続されるコンバータと、該コンバータに接続されるインバータとを有し、前記複数の無停電電源装置に搭載される複数の制御回路は、前記並列運転情報に基づいて前記インバータの少なくとも出力電流値が、並列運転をしている前記各無停電電源装置の台数で負荷電流値を割った電流値と一致するように該インバータの出力周波数及び出力電圧を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の無停電電源装置の並列運転制御システム。