JP2006271074A - 無停電電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】 通常運転時に商用電源に停電が発生した場合の停電バックアップ時間を延長可能な共通予備無停電電源システムを提供する。
【解決手段】 商用電源の交流を直流に変換する順変換器と、この順変換器の直流出力を再び交流に変換して負荷に給電する逆変換器と、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、前記商用電源または別電源により負荷給電を継続させるためのバイパス切換回路を備えた複数台の常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂと、前記常用ＵＰＳのうちの１台が故障や点検のため停止したとき、負荷給電を継続するための第１の切換手段を有し、前記常用ＵＰＳと同一の構成から成る１台の予備用ＵＰＳ１Ｃと、前記商用電源が停電したとき、前記予備用ＵＰＳ１Ｃの出力を前記複数台の常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの入力に給電可能な第２の切換手段とで構成する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、無停電電源システムに係り、特に停電時のバッアップ電源として、常時負荷に給電する複数台の常用無停電電源装置とこれらの常用無停電電源装置のバックアップ用として構成された予備用無停電電源装置から成る共通予備無停電電源システムに関する。

従来から、瞬間的な停電も許容されない例えばコンピュータ等の重要負荷の電源として無停電電源装置（以下単にＵＰＳと称する。）が用いられており、更に３６５日２４時間通常の運用並びに点検時にも、ＵＰＳによる連続給電が求められる場合には、常時負荷に給電する複数台の常用ＵＰＳと、常用ＵＰＳに万一故障が発生した場合や点検を行う場合にも負荷に対してＵＰＳから給電するために構成された予備用ＵＰＳから成る所謂共通予備無停電電源システムが信頼性の高いシステムとして用いられている。

共通予備無停電電源システムでは、一般的に複数台の常用ＵＰＳに対し予備用ＵＰＳは１台で構成される。

通常のＵＰＳは、商用電源から交流が入力され、交流入力遮断器を介して順変換器で直流に変換し、さらに逆変換器で再び交流に逆変換して交流出力遮断器を介して、安定した交流出力を負荷に供給するように構成されている。また、順変換器は直流入力遮断器を介してエネルギー蓄積部である蓄電池に直流エネルギーを蓄える。

商用電源に停電が生ずると、上記蓄電池の直流エネルギーを逆変換器に供給することにより交流出力を負荷に連続して供給する。また、順変換器または逆変換器に万一故障が発生した場合にも負荷に連続して交流出力を供給するために、前記商用電源またはこれとは別のバイパス入力電源をバイパス遮断器を介して供給するバイパス回路を設け、サイリスタとコンタクタから成る無瞬断切換回路で負荷への入力を無瞬断で切り換えるように構成している。

又、常用ＵＰＳの内部回路の保守点検を負荷への給電を継続しながら行うことができるように、バイパス回路のバイパス遮断器の一次側から保守点検用の保守バイパス回路を分岐し、保守バイパス用遮断器を介して負荷に給電するルートを設ける。この保守バイパス回路による保守点検時は、保守バイパス用遮断器がＯＮ、交流出力遮断器がＯＦＦとなる。

常用ＵＰＳが１台で構成される単一の無停電電源システムでは、バイパス入力の電源は通常交流入力と同様に商用電源とする。

共通予備無停電電源システムとは、通常運転時、故障時及び点検時を含め３６５日２４時間一瞬も途切れることがなく交流電源を負荷に供給する目的で構成されたシステムであり、通常負荷に給電するための複数台の常用ＵＰＳと常用ＵＰＳの万一の故障時や点検時に常用ＵＰＳに代わり予備電源分岐盤を介して負荷に給電する予備ＵＰＳから構成される。

上記のような構成においては、システムを効率良く運用していくことが重要な課題であり、例えば常用ＵＰＳが故障したときに一旦商用バイパス側に切換え、予備ＵＰＳを立ち上げてから予備ＵＰＳ側に運転切換することにより予備ＵＰＳの待機無負荷電力損失を低減する提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。
特開２００３−８７９９８号公報（第２−４頁、図１）

特許文献１に示された方法は、予備ＵＰＳの待機運転時の損失の低減に着目して為されたものであるが、商用電源が停電したとき、予備ＵＰＳ用の蓄電池のエネルギーを有効活用してシステム稼働率を高めるようにすることもまた大きな課題である。

一般に予備用ＵＰＳの容量は常用ＵＰＳ１台分の容量としているが、その理由は、複数台の常用ＵＰＳが同時に故障する確率が極めて小さいことによるものである。また、各ＵＰＳに付属するエネルギー蓄積部の蓄電池はプラントからの要求の停電補償時間により容量が決定され、一般には個々の常用ＵＰＳ用の蓄電池と予備用ＵＰＳ用の蓄電池は全て同じ容量で構成される。これは、常用ＵＰＳの１台が故障または点検中で停止したとき、その負荷に対して予備ＵＰＳから負荷給電するため、予備ＵＰＳのエネルギー蓄積部の蓄電池容量も常用ＵＰＳと同じ容量とする必要があるためである。

しかしながら、通常運転時は複数台の常用ＵＰＳが異常なく運転し、負荷給電している状態であるため、このような通常運転状態で商用電源が停電した場合には、予備用ＵＰＳのエネルギー蓄積部の蓄電池はほとんど使われず有効活用されないことが多い。

これについて、２台の常用ＵＰＳ及び予備用ＵＰＳの容量が夫々１００ｋＶＡで、負荷の容量は１台目の常用ＵＰＳが１００ｋＶＡ、２台目の常用ＵＰＳが８０ｋＶＡである共通予備無停電電源システムを例に数値を用いて説明する。

この共通予備無停電電源システムの各々のＵＰＳの蓄電池は、全て１００ｋＶＡで１０分間の停電補償時間を条件に容量を選定したもので構成されているものとする。そして通常運転状態で商用電源による交流入力に停電が発生した場合を考える。

このとき、２台の常用ＵＰＳは夫々当該ＵＰＳ用のエネルギー蓄積部である蓄電池の直流電力により運転し、負荷給電を継続する。

そして１０分後、１台目のＵＰＳの蓄電池電圧がＵＰＳの直流電圧範囲の下限以下となり、故障停止すると、予備用ＵＰＳ電源のバイパス回路に切り換わり、このバイパス回路から予備用ＵＰＳの蓄電池による電力を負荷に連続して供給する。

２台目の常用ＵＰＳの負荷は、負荷率が８０％であるから、（１０＋α）分で、１台目の常用ＵＰＳと同様に蓄電池電圧がＵＰＳの直流電圧範囲の下限以下となり、２台目の常用ＵＰＳも故障停止となって予備用ＵＰＳ１の電源で供給されているバイパス回路に切り換わる。上記の（１０＋α）分は、蓄電池の負荷率×運転継続可能時間が一定であるという条件で簡易計算すると１２．５分となる。

しかし、前述したように予備用ＵＰＳは常用ＵＰＳ１台分の容量の１００ｋＶＡで構成されているため、２台目の常用ＵＰＳも故障停止で予備用ＵＰＳの給電に切り換わると、予備用ＵＰＳの負荷容量は１８０ｋＶＡ（１００ｋＶＡ＋８０ｋＶＡ）となり容量オーバーして予備用ＵＰＳも故障停止となり負荷給電が絶たれる。

前述したように、予備用ＵＰＳも２台の常用ＵＰＳと同じ蓄電池容量選定条件で選定され、この例では、これが１００ｋＶＡで１０分間の停電補償時間である。

しかしながらこの例では、予備用ＵＰＳの蓄電池は、１台目の常用ＵＰＳが予備用ＵＰＳからの給電に切り換わって（停電１０分後）から次に２台目の常用ＵＰＳが予備ＵＰＳに切り換わり（停電１２．５分後）、この結果予備ＵＰＳが容量オーバーとなるまでの２分半しか使用できず、このため全体としての停電バックアップ時間を短くしている。

即ち、特許文献１に示されている従来の共通予備無停電電源システムの構成では、予備用ＵＰＳの蓄電池は、通常運転時に商用電源に停電が発生したとき、蓄電池能力を有効に使っていないという問題があった。

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、通常運転時に商用電源に停電が発生した場合の停電バックアップ時間を延長可能な共通予備無停電電源システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る共通予備無停電電源システムは、商用電源の交流を直流に変換する順変換器と、この順変換器の直流出力を再び交流に変換して負荷に給電する逆変換器と、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、前記商用電源または別電源により負荷給電を継続させるためのバイパス切換回路を備えた複数台の常用ＵＰＳと、前記常用ＵＰＳのうちの１台が故障や点検のため停止したとき負荷給電を継続するための第１の切換手段を有し、前記常用ＵＰＳと同一の構成から成る１台の予備用ＵＰＳと、前記商用電源が停電したとき、前記予備用ＵＰＳの出力を前記複数台の常用ＵＰＳの入力に給電可能な第２の切換手段とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、常用ＵＰＳ並びに予備用ＵＰＳが全て健全に運転している通常運転状態で商用電源に停電が発生したとき、予備用ＵＰＳの蓄電池を有効に使うように構成したので、停電バックアップ時間を延長可能な共通予備ＵＰＳシステムを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下、本発明の実施例１に係る共通予備無停電電源システムについて図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る共通予備無停電電源システムのブロック構成図である。

常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂには、商用電源２Ａ、２Ｂから夫々交流入力（商用側）３Ａ、３Ｂが入力され、交流入力遮断器４Ａ、４Ｂを介して順変換器５Ａ、５Ｂで夫々直流に変換し、さらに逆変換器６Ａ、６Ｂで再び交流に逆変換して無瞬断切換回路９Ａ、９Ｂ、更には出力盤２１Ａ、２１Ｂ内の交流出力遮断器１０Ａ、１０Ｂを介して、安定した交流出力１５Ａ、１５Ｂを夫々負荷１６Ａ、１６Ｂに供給するように構成されている。また、順変換器５Ａ、５Ｂは直流入力遮断器１１Ａ、１１Ｂを介してエネルギー蓄積部である蓄電池１２Ａ、１２Ｂに夫々直流エネルギーを蓄える。

商用電源２Ａに停電が生ずると、上記蓄電池１２Ａの直流エネルギーを逆変換器６Ａに供給することにより交流出力１５Ａを負荷１６Ａに連続して供給する。商用電源２Ｂに停電が生じたときも同様に蓄電池１２Ｂによる運転を行う。また、順変換器５Ａ、５Ｂまたは逆変換器６Ａ、６Ｂに万一故障が発生した場合にも上記と同様に負荷１６Ａ、１６Ｂに連続して交流出力２２Ａ、２２Ｂを供給するために、前記交流入力２Ａ、２Ｂとは別のバイパス交流入力２５Ａ、２５Ｂをバイパス遮断器７Ａ１、７Ｂ１を介して夫々供給するバイパス回路８Ａ、８Ｂを設け、サイリスタとコンタクタから成る無瞬断切換回路９Ａ、９Ｂで夫々無瞬断で切り換えるように構成している。尚、バイパス交流入力２５Ａ、２５Ｂは後述するように予備ＵＰＳ１Ｃから供給されるが、予備ＵＰＳ１Ｃを保守点検中にもバイパス電源を確保するため、予備ＵＰＳ１Ｃの電源とは別の商用電源１７Ａ、１７Ｂからの交流入力をバイパス入力遮断器７Ａ２、７Ｂ２を介して夫々給電可能な構成としている。

予備用ＵＰＳ１Ｃは、常用ＵＰＳ１Ａと同様の内部回路構成となっており、商用電源２Ｃから交流入力（商用側）３Ｃが入力され、交流入力遮断器４Ｃを介して順変換器５Ｃで直流に変換し、さらに逆変換器６Ｃで再び交流に逆変換して無瞬断切換回路９Ｃを経由してその交流出力１５Ｃを予備電源分岐盤１９に供給する。商用電源２Ｃの停電に備え、予備用ＵＰＳ１Ｃの直流部に直流入力遮断器１１Ｃを介して蓄電池１２Ｃが接続されているのは常用ＵＰＳ１Ａと同様である。また、順変換器５Ｃまたは逆変換器６Ｃに万一故障が発生したときにも連続して交流出力１５Ｃを供給するために、前記交流入力２Ｃとは別の交流電源１７Ｃからの交流入力１８Ｃをバイパス遮断器７Ｃを介して供給するバイパス回路８Ｃを設け、サイリスタとコンタクタから成る無瞬断切換回路９Ｃで無瞬断で切り換えるように構成している。

交流出力１５Ｃは予備電源分岐盤１９の入力となり、この予備電源分岐盤１９で交流出力１５Ｃを以下のように選択的に切換えることができるように構成している。

その１つは前述したバイパス交流入力２５Ａ、２５Ｂをバイパス遮断器７Ａ１、７Ｂ１を介してバイパス回路８Ａ、８Ｂに供給する系統であり、これは常用ＵＰＳ１Ａまたは１Ｂの故障時に用いられる。

２つ目の系統は、保守バイパス回路１３Ａ、１３Ｂを経由して出力盤２１Ａ、２１Ｂに
夫々設けられた保守バイパス遮断器２０Ａ、２０Ｂを介して負荷に給電する系統であり、
この系統は常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの内部回路の保守点検を負荷６Ａ、６Ｂへの給電を継続しながら行うことが可能なように設けられている。この保守バイパス回路１３Ａ、１３Ｂによる保守点検時は、保守バイパス遮断器２０Ａ、２０ＢがＯＮ、交流出力遮断器１０Ａ、１０ＢがＯＦＦとなる。

最後の系統は、交流電源が停電時に予備ＵＰＳ１Ｃの交流出力１５Ｃを停電時の交流入力（予備ＵＰＳ側）２３Ａ、２３Ｂとしてバイパス入力遮断器（予備ＵＰＳ側）２４Ａ、２４Ｂを介して常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂに夫々給電する系統であり、後述するようにこの系統により通常運転時に商用電源に停電が発生したとき、予備用ＵＰＳ１Ｃ用の蓄電池１２Ｃの能力を有効に使って停電バックアップ時間の延長を図る。

次に図２乃至図４を参照して本発明の実施例１に係る無停電電源システムの動作について説明する。

図２は商用電源２Ａが正常時のときの常用ＵＰＳ１Ａの給電動作を示している。図示したように、商用電源２Ａの交流入力３Ａは入力遮断器４Ａを介し、順変換器５Ａに供給され、順変換器５Ａで得られた直流電力は、逆変換器６Ａで再び交流に変換され負荷へ給電されると共に、直流遮断器１１Ａを介して蓄電池１２Ａを充電する。

図３は商用電源２Ａ（及び２Ｂ、２Ｃ）が停電したときの常用ＵＰＳ１Ａの給電動作を示している。交流入力（商用側）３Ａ、３Ｂ及び３Ｃが停電すると、常用ＵＰＳ１Ａは蓄電池１２Ａの直流電力を電源とした直流運転に自動的に切り換わり瞬断することなく負荷給電を継続する。

これと同時に交流入力遮断器（商用側）４ＡをＯＦＦしてバイパス入力遮断器（予備ＵＰＳ側）２４ＡをＯＮし、予備ＵＰＳ１Ｃの出力電源による交流入力（予備ＵＰＳ側）２３Ａを入力する。

このようにバイパス入力遮断器（予備ＵＰＳ側）２４ＡがＯＮとなったときには、予備ＵＰＳ１Ｃからの出力電力は、予備ＵＰＳ１Ｃが容量オーバーとならないように、常用ＵＰＳ１Ａの順変換器５Ａの出力にリミット値を設けて制御する。

この時の常用ＵＰＳ１Ａの順変換器５Ａの出力リミット値は、予備ＵＰＳ１Ｃの容量を常用ＵＰＳの台数で割った値とする。

例えば図１に示すシステム構成例で常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂ並びに予備ＵＰＳの容量が全て１００ｋＶＡだったとすると、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂ１台あたりの順変換器５Ａ、５Ｂの出力リミット値は、１００ｋＶＡ／２＝５０ｋＶＡとなる。

これにより交流入力（商用側）３Ａ、３Ｂに停電が発生すると常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂは、最大５０ｋＶＡを予備ＵＰＳ１Ｃの出力電力より入力し、残りの容量を常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂが夫々構成する蓄電池１２Ａ、１２Ｂの直流電力より供給する。

この結果、交流入力（商用側）３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの停電と同時に、予備ＵＰＳ１Ｃ用の蓄電池１２Ｃの直流電力も常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの交流電源として有効的に使われ、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂは予備ＵＰＳ１Ｃからの交流入力（予備ＵＰＳ側）２３Ａ、２３Ｂと自らの蓄電池１２Ａ、１２Ｂの直流電力を併用することができ、従って蓄電池１２Ａ，１２Ｂの放電電流も少なくなり、停電バックアップ時間の延長を図ることができる。

図４は、以上説明した停電時の動作をフローチャートにまとめたものある。

交流入力（商用側）３Ａが停電すると（ＳＴ１）、過渡的に蓄電池１２Ａの直流電力で全負荷を供給し（ＳＴ２）、交流入力遮断器４Ａをオフし（ＳＴ３）、バイパス入力遮断器（予備ＵＰＳ側）２４Ａをオンする（ＳＴ４）。そして、交流入力（予備ＵＰＳ側）２３Ａが復電して順変換器５Ａが運転され（ＳＴ５）、順変換器５Ａの出力を予め設定された所定の出力リミット値になるように運転し（ＳＴ６）、負荷が要求する残りの電力を蓄電池１２Ａが供給し（ＳＴ７）、この併用運転を継続することによって停電バックアップ時間の延長を図る（ＳＴ８）。

以上述べた実施例１を常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの夫々の負荷が１００ｋＶＡ、８０ｋＶＡの場合に適用すると、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの損失を考えなければ、予備ＵＰＳ１Ｃが１０分運転後ＵＰＳ１Ａは５分程度運転可能となることが分かる。

以下、本発明の実施例２に係る共通予備無停電電源システムについて図５乃至図８を参照して説明する。図５は、本発明の実施例２に係る共通予備無停電電源システムのブロック構成図である。

この実施例２の各部について、図１の実施例１に係る共通予備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、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの夫々の負荷率を検出するための直流電流検出器２６Ａ、２６Ｂを逆変換器６Ａ、６Ｂの入力部に夫々設け、この検出信号によって電流リミット調整回路２７Ａ、２７Ｂが順変換器５Ａ、５Ｂの出力リミット値を夫々調整するようにした点である。

即ち、この実施例２においては、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂは交流入力（商用側）３Ａ、３Ｂが停電したときの予備ＵＰＳ１Ｃの出力電源による交流入力（予備ＵＰＳ側）２３Ａ、２３Ｂと常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂが構成する蓄電池１２Ａ，１２Ｂの直流電力の供給の分担を、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの夫々の負荷率に応じてリミット値を求め、予備用ＵＰＳ１Ｃの交流入力（予備ＵＰＳ側）２３Ａ、２３Ｂが順変換器５Ａ、５Ｂに入力する容量をこのリミット値になるように夫々制御して、その残りの不足容量を常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂ用の蓄電池１２Ａ、１２Ｂの直流電力から夫々供給するようにしている。

以下、上記の制御動作について図６乃至図８を参照して説明する。

図６は商用電源２Ａが正常時のＵＰＳ１Ａの給電動作を示している。この場合は、実施例１の場合と同様に、商用電源２Ａの交流入力３Ａは入力遮断器４Ａを介し、順変換器５Ａに供給され、順変換器５Ａで得られた直流電力は、逆変換器６Ａで再び交流に変換され負荷へ給電されると共に、直流遮断器１１Ａを介して蓄電池１２Ａを充電する。

図７は商用電源２Ａ（及び２Ｂ、２Ｃ）が停電したときのＵＰＳ１Ａの給電動作を示している。交流入力（商用側）３Ａ、３Ｂ及び３Ｃが停電すると、常用ＵＰＳ１Ａは蓄電池１２Ａの直流電力を電源とした直流運転に自動的に切り換わり瞬断することなく負荷給電を継続する。

これと同時に交流入力遮断器４Ａ、４ＢをＯＦＦしてバイパス入力遮断器（予備ＵＰＳ側）２４ＡをＯＮし、予備ＵＰＳ１Ｃの出力電源による交流入力（予備ＵＰＳ側）２３Ａを入力する。

実施例１の場合と同様にバイパス入力遮断器（予備ＵＰＳ側）２４ＡがＯＮとなったときには、予備ＵＰＳ１Ｃからの出力電力は、予備ＵＰＳ１Ｃが容量オーバーとならないように、常用ＵＰＳ１Ａの順変換器５Ａの出力にリミット値を設けて制御する。

この時の常用ＵＰＳ１Ａの順変換器５Ａの出力リミット値は、予備ＵＰＳ１Ｃの容量を常用ＵＰＳの台数で割ったものに常用ＵＰＳ１Ａの負荷率を乗じた値とする。この負荷率は、電流検出器２６Ａによって検出された電流と全負荷電流との比を演算して求める。

実施例１の場合において、例えば、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂ及び予備用ＵＰＳ１Ｃの容量が１００ｋＶＡで構成され、常用ＵＰＳ１Ａに接続される負荷１６Ａの負荷容量が例えば５０ｋＶＡと極端に少ない場合、この常用ＵＰＳ１Ａに付属する蓄電池１２Ａの能力を有効に使用しないうちに停電バックアップ時間が終了することとなる。

このため、この点をさらに改善したのが実施例２であり、ここでは、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの実負荷容量を直流電流検出器２６Ａ、２６Ｂで検出し、その電流値を負荷率に換算し、この負荷率に予備ＵＰＳ容量の常用ＵＰＳ台数分の１を乗じた値を予備ＵＰＳ１Ｃからの夫々の交流入力とし、残りの容量を常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂ用の蓄電池１２Ａ、１２Ｂの直流電力から夫々供給するようにしたものである。

例えば図５の構成例において、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂ及び予備ＵＰＳ１Ｃの容量が夫々１００ｋＶＡで、常用ＵＰＳの負荷容量は、Ｎｏ．１常用ＵＰＳ１Ａが６０ｋＶＡ、Ｎｏ．２常用ＵＰＳ１Ｂが４０ｋＶＡである例を考える。

交流入力（商用側）３Ａ、３Ｂに停電が発生すると、この実施例２では、Ｎｏ．１常用ＵＰＳ１Ａは、予備ＵＰＳ１Ｃの出力電力から（１００／２＝５０）ｋＶＡ×０．６＝３０ｋＶＡを入力し、残りの３０ｋＶＡ分をＮｏ．１常用ＵＰＳ１Ａ用の蓄電池１２Ａから供給する。Ｎｏ．２常用ＵＰＳ１Ｂは同様に（１００／２＝５０）ｋＶＡ×０．４＝２０ｋＶＡずつ分担することになるので、予備用ＵＰＳ１Ｃから供給する電力は、合計５０ｋＶＡとなる。

上記から判るとおり、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂが２台で構成されている場合には、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂと予備用ＵＰＳ１Ｃとの分担比は１／２ずつとなる。

例えば、常用ＵＰＳが３台で構成されているシステムの場合には、負荷容量をＮｏ．１常用ＵＰＳが６０ｋＶＡ、Ｎｏ．２常用ＵＰＳが５０ｋＶＡ、Ｎｏ．３常用ＵＰＳが４０ｋＶＡとすると、予備用ＵＰＳから供給する出力容量は、Ｎｏ．１常用ＵＰＳの交流入力には（１００／３＝３３．３）ｋＶＡ×０．６＝２０ｋＶＡ、Ｎｏ．２常用ＵＰＳの交流入力には３３．３ｋＶＡ×０．５＝１６．７ｋＶＡ，Ｎｏ．３常用ＵＰＳには３３．３ｋＶＡ×０．４＝１３．３ｋＶＡとなる。

上記から判るとおり、常用ＵＰＳが３台で構成されている場合には、常用ＵＰＳと予備用ＵＰＳとの分担比は夫々２／３と１／３となる。

実施例２では、予備用ＵＰＳ１Ｃから供給する出力容量は、各々の常用ＵＰＳの負荷率（実負荷容量）と常用ＵＰＳの台数で決まるため、実施例１に比べて常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂ用の蓄電池１２Ａ、１２Ｂによる直流電力と予備用ＵＰＳ１Ｃからの出力電源１５Ｃによる交流入力との分担がより効率的となり、従って更に停電時の負荷給電時間（停電バックアップ時間）の延長を図ることができる。

図８は、以上説明した停電時の動作をフローチャートにまとめたものある。

交流入力（商用側）３Ａが停電すると（ＳＴ１）、過渡的に蓄電池１２Ａの直流電力で全負荷を供給し（ＳＴ２）、交流入力遮断器４Ａをオフし（ＳＴ３）、バイパス入力遮断器（予備ＵＰＳ用）２４Ａをオンする（ＳＴ４）。そして、交流入力が復電して順変換器５Ａが運転され（ＳＴ５）、順変換器５Ａの出力が、予備ＵＰＳ容量を台数で除算した値に電流検出器で検出した負荷率を乗じた出力リミット値になるように運転し（ＳＴ６Ａ）、負荷が要求する残りの電力を蓄電池１２Ａが供給し（ＳＴ７Ａ）、この併用運転を継続することによって停電バックアップ時間の延長を図る（ＳＴ８）。

以上述べた実施例２を常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの夫々の負荷が１００ｋＶＡ、８０ｋＶＡの場合に適用すると、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの損失を考えなければ、予備ＵＰＳ１Ｃが９０ＫＶＡ出力で約１１分運転後ＵＰＳ１Ａは更に５分弱運転可能となることが分かる。

尚、この実施例２は、個々の常用ＵＰＳの負荷率が停電バックアップ運転中に変化する場合にも適用可能である。

図９は、本発明の実施例３に係る共通予備無停電電源システムのブロック構成図である。

この実施例３の各部について、図５の実施例２に係る共通予備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、直流電流検出器２６Ａ、２６Ｂの検出信号を、システムとして共通に設けられた最適リミット演算器２８に与えるようにし、この最適リミット演算器２８で演算されたリミット値に従って電流リミット調整回路２７Ａ、２７Ｂが順変換器５Ａ、５Ｂの出力リミット値を夫々調整するようにした点である。

ここで最適リミット演算器２８は、常用ＵＰＳ１Ａ、１Ｂの夫々の負荷率から、システム全体として停電バックアップ時間が最も長くなるような順変換器５Ａ、５Ｂのリミット値を演算し、このリミット値となるように順変換器５Ａ、５Ｂの制御を行う。

前述したように、予備ＵＰＳ１００ｋＶＡ、常用ＵＰＳ１Ａの負荷率１００％、常用ＵＰＳ１Ｂの負荷率８０％の場合の最適リミット演算器２８の最適リミット値の演算例を以下に示す。

計算の考え方として、蓄電池１２Ａと蓄電池１２Ｂが同時に規定電圧以下となって使い切ること、また簡単のため、蓄電池１２Ｃもこれと同時に規定電圧以下となるものとする。

上記条件で常用ＵＰＳ１Ａ、Ｂの定格出力に対する比率で表したリミット値を夫々ＬＡ、ＬＢとすると以下の式が成立する。

まず、予備ＵＰＳの停電バックアップ運転可能時間は、
１０（分）×１／（ＬＡ＋ＬＢ）・・・（１）
次に常用ＵＰＳ１Ａの停電バックアップ運転可能時間は、
１０（分）×１／（１−ＬＡ）・・・（２）
最後に、常用ＵＰＳ１Ｂの停電バックアップ運転可能時間は、
１０（分）×１／（０．８−ＬＢ）・・・（３）
上記が全て等しくなる即ち全ての蓄電池を同時に使い切る条件から、
ＬＡ＝０．４、ＬＢ＝０．２・・・（４）
が求まり、このときの停電バックアップ時間は１６．７分となる。

以上のように全ての蓄電池のエネルギーを同時に使い切る条件で最適リミット値を演算して順変換器をその値に制御すれば、最長の停電バックアップ時間を得ることが可能となる。

図１０は、以上説明した停電時の動作をフローチャートにまとめたものある。

交流入力（商用側）３Ａが停電すると（ＳＴ１）、過渡的に蓄電池１２Ａの直流電力で全負荷を供給し（ＳＴ２）、交流入力遮断器４Ａをオフし（ＳＴ３）、バイパス入力遮断器（予備ＵＰＳ側）２４Ａをオンする（ＳＴ４）。そして、交流入力が復電して順変換器５Ａが運転され（ＳＴ５）、最適リミット演算器が全ての常用ＵＰＳの逆変換器の入力電流を検出して求められた負荷率から全ての常用ＵＰＳの最適リミット値を演算する（ＳＴ９）。次に順変換器５Ａの出力を上記の最適リミット演算器から与えられた出力リミット値になるように運転し（ＳＴ６Ｂ）、負荷が要求する残りの電力を蓄電池１２Ａが供給し（ＳＴ７Ｂ）、この併用運転を継続することによって停電バックアップ時間の延長を図る（ＳＴ８）。

上記計算例では、予備用ＵＰＳの蓄電池１２Ｃも同時にエネルギーを使い切る条件としたが、必ずしもそうする必要はない。また、負荷率が非常に小さい常用ＵＰＳが存在する場合には計算結果がマイナスとなることも考えられる。この計算結果がマイナスとなった常用ＵＰＳが回生可能な順変換器を有している場合は当該常用ＵＰＳを回生運転すれば良いが、そうでない場合は計算結果がマイナスとなった当該常用ＵＰＳのリミット値を０とし、他の常用ＵＰＳが同時に蓄電池のエネルギーを使い切る条件で再度計算して他の常用ＵＰＳの最適リミット値を求めれば良い。

尚、この実施例３は、停電バックアップ運転中に個々の常用ＵＰＳの負荷率の変動のない場合に特に有効である。

本発明の実施例１に係る共通予備無停電電源システムのブロック構成図。 実施例１における商用入力正常時の常用ＵＰＳの給電動作説明図。 実施例１における商用入力停電時の常用ＵＰＳの給電動作説明図。 実施例１における商用入力停電時の常用ＵＰＳの動作フローチャート。 本発明の実施例２に係る共通予備無停電電源システムのブロック構成図。 実施例２における商用入力正常時の常用ＵＰＳの給電動作説明図。 実施例２における商用入力停電時の常用ＵＰＳの給電動作説明図。 実施例２における商用入力停電時の常用ＵＰＳの動作フローチャート。 本発明の実施例３に係る共通予備無停電電源システムのブロック構成図。 実施例３における商用入力停電時の常用ＵＰＳの動作フローチャート。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 常用ＵＰＳ
１Ｃ 予備用ＵＰＳ
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ 商用電源
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 交流入力（商用側）
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ 交流入力遮断器
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 順変換器
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ 逆変換器
７Ａ１、７Ｂ１、７Ｃ バイパス遮断器
７Ａ２、７Ｂ２ バイパス入力遮断器
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ バイパス回路
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ 無瞬断切換回路
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 交流出力遮断器
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ 直流入力遮断器
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 蓄電池
１３Ａ、１３Ｂ 保守バイパス回路
（１４ 欠番）
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ 交流出力
１６Ａ、１６Ｂ 負荷
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ 商用電源
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ バイパス入力
１９ 予備電源分岐盤
２０Ａ、２０Ｂ 保守バイパス遮断器
２１Ａ、２１Ｂ 出力盤
２２Ａ、２２Ｂ 交流出力
２３Ａ、２３Ｂ 交流入力（予備ＵＰＳ側）
２４Ａ、２４Ｂ バイパス入力遮断器（予備ＵＰＳ側）
２５Ａ、２５Ｂ バイパス交流入力
２６Ａ、２６Ｂ 直流電流検出器
２７Ａ、２７Ｂ 電流リミット調整回路
２８ 最適電流リミット演算器

Claims (7)

1. 商用電源の交流を直流に変換する順変換器と、
   この順変換器の直流出力を再び交流に変換して負荷に給電する逆変換器と、
   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、
   前記商用電源または別電源により負荷給電を継続させるためのバイパス切換回路
   を備えた複数台の常用ＵＰＳと、
   前記常用ＵＰＳのうちの１台が故障や点検のため停止したとき負荷給電を継続するための第１の切換手段を有し、前記常用ＵＰＳと同一の構成から成る１台の予備用ＵＰＳと、
   前記商用電源が停電したとき、前記予備用ＵＰＳの出力を前記複数台の常用ＵＰＳの入力に給電可能な第２の切換手段と
   を備えたことを特徴とする共通予備無停電電源システム。
2. 更に、前記常用ＵＰＳまたは前記予備用ＵＰＳを保守点検するため、前記商用電源または別電源により負荷給電を継続させるための保守用バイパス切換手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の共通予備無停電電源システム。
3. 前記商用電源が停電したとき、
   前記複数台の常用ＵＰＳは、各々の常用ＵＰＳに接続されたエネルギー蓄積部の直流電力と、前記予備用ＵＰＳの交流出力の２つの電力を併用して運転するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の共通予備無停電電源システム。
4. 前記予備用ＵＰＳは、当該予備用ＵＰＳが供給可能な電力を常用ＵＰＳの台数で除した電力容量を各々の常用ＵＰＳに供給し、
   各々の常用ＵＰＳは、残りの必要電力容量を当該常用ＵＰＳのエネルギー蓄積部から供給するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の共通予備無停電電源システム。
5. 前記予備用ＵＰＳは、当該予備用ＵＰＳが供給可能な電力を常用ＵＰＳの台数で除した電力容量に各々の常用ＵＰＳの負荷率を乗じた容量を各々の常用ＵＰＳに供給し、
   各々の常用ＵＰＳは、残りの必要電力容量を当該常用ＵＰＳのエネルギー蓄積部から供給するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の共通予備無停電電源システム。
6. 前記複数台の常用ＵＰＳのエネルギー蓄積部の運転継続時間が等しくなるように予備用ＵＰＳが各々の常用ＵＰＳに供給すべき電力容量を演算により求め、
   この演算の結果に従い前記予備用ＵＰＳは各々の常用ＵＰＳに電力を供給し、
   各々の常用ＵＰＳは残りの必要容量を当該常用ＵＰＳのエネルギー蓄積部から供給するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の共通予備無停電電源システム。
7. 前記演算の結果、解がマイナスとなる常用ＵＰＳはその解を０に修正し、当該常用ＵＰＳを除いた他の常用ＵＰＳを対象として再び演算して前記予備用ＵＰＳが各々の常用ＵＰＳに供給すべき電力容量を求めるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の共通予備無停電電源システム。

Images