JP2008172864A - 無停電電源設備及びその増設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運用中の並列システムを流用してモジュール部のみではなく、切換え機能部分も追加実装し、システム全体の容量アップを可能とした無停電電源装置及びその増設方法を提供する。
【解決手段】交流／直流変換器、二次電池、直流／交流変換器を有するＵＰＳモジュール１１と、バイパス用交流電源１４とのいずれかを、負荷側に対して切換接続する切換開閉器５、及びこの切換開閉器４と並列接続された無集断切換え用の半導体スイッチ５からなる電源切換装置１３を有し、システム全体を容量アップする場合、上記電源切換装置１３と同じ構成の電源切換装置２３を増設して共通部分の容量増加を図った後、ＵＰＳモジュール２１を増設して既設のＵＰＳモジュール１１と並列接続し、システム全体を容量アップさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、重要負荷に対して安定した電源を供給する無停電電源設備及びその増設方法に関する。

一般に電子計算機設備などの重要負荷の電源設備には、安定して定電圧・定周波数の電源を供給する無停電電源設備が用いられている。この無停電電源設備の一つとして、商用電源から供給される交流を直流に変換するコンバータ、このコンバータによって変換された直流により充電される二次電池、前記コンバータ及び二次電池から出力される直流を交流に変換するインバータを含む無停電電源（以降ＵＰＳと呼ぶ）をモジュールとして複数用意し、これらを並列接続して負荷側に電力を供給する並列システムがある。

このような並列システムによる無停電電源設備では、複数のＵＰＳモジュールと、これら複数のＵＰＳモジュール間を、負荷容量に応じて切換接続する並列切換装置とで構成される。並列切換装置は、上述のように、負荷容量に応じて複数のＵＰＳモジュールの並列接続状態を切換えるともに、これら並列接続されたＵＰＳモジュールの具合発生次等、負荷への給電路を、ＵＰＳモジュール側から、商用電源によるバイパス給電路側に無瞬断で切換えるための切換機能を有する。この切換機能は切換開閉器と動作遅れのない半導体スイッチ(サイリスタスイッチとする)とで構成される。

このような無停電電源設備では、並列接続されるＵＰＳモジュールは、負荷容量に相当する台数にもう１台加えて、冗長性をもたせた構成が標準的である。万が一、ＵＰＳモジュール１台が故障して解列された場合でも、代わりに冗長分のＵＰＳモジュールが負荷を背負うことで、負荷に対してＵＰＳ給電を継続することができる。また、２台以上のＵＰＳが同時に故障した場合でも、残りのＵＰＳ容量の和が負荷容量よりも大きければ、ＵＰＳ給電を継続する。しかし、残りのＵＰＳ容量の和が負荷容量よりも小さくなった場合は、前述した切換機能により無瞬断にて商用電源によるバイパス給電路に切換えられ、商用からの給電となる。

このようなＵＰＳの並列運用に関する提案は従来から行われている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３２１７３５号公報

従来、このような無停電電源設備において、運用中の並列システムのシステム容量をアップさせる場合、アップする容量分のＵＰＳモジュールを並列に追加することとなる。ここで、前記切換え機能を有する並列切換装置は、並列接続されたＵＰＳモジュールに対して共通であり、その切換機能は、並列接続されたＵＰＳモジュールの合計出力電流を無瞬断で切換える能力が必要となる。このため、将来、容量アップが見込まれる場合は、システム構築時に、追加されるＵＰＳモジュールの容量分を見込んで冗長性を持たせておく必要がある。もし冗長性がない場合は別のシステムを新たに構築する必要があった。

また、原則的に上記２つのシステムは互いに独立した電源系統であるため、運用中にシステム系統を切換える際は系統間に横流が発生し、電源供給に影響を与える可能性も無視できない。

本発明の目的は、運用中の並列システムを流用してモジュール部のみではなく、共通の切換え機能部分も追加実装することにより、システム全体の容量アップを可能とした無停電電源装置及びその増設方法を提供することにある。

本発明による無停電電源設備は、交流／直流変換器、二次電池、直流／交流変換器を有するＵＰＳモジュールと、このＵＰＳモジュールの出力側と接続する第１の入力端子、バイパス用交流電源と接続する第２の入力端子、及び負荷側に接続される出力端子を有し、これら第１及び第２の入力端子のいずれかを出力端子側に切換接続する切換開閉器、及びこの切換開閉器の前記第２の入力端子と出力端子間に接続された半導体スイッチを有する電源切換装置と、交流／直流変換器、二次電池、直流／交流変換器を有し、前記ＵＰＳモジュールに並列接続される増設ＵＰＳモジュールと、前記電源切換装置と同じ機能の増設切換開閉器及び増設半導体スイッチを有し、この増設切換開閉器の第１の入力端子、第２の入力端子、及び出力端子が、前記電源切換装置の第１の入力端子、第２の入力端子、及び出力端子の対応するものに接続され、かつ前記増設ＵＰＳモジュールの出力容量より大きなスイッチング容量を有する増設電源切換装置とを備えたことを特徴とする。

また、本発明による無停電電源設備の増設方法は、交流／直流変換器、二次電池、直流／交流変換器を有するＵＰＳモジュールと、このＵＰＳモジュールの出力側と接続する第１の入力端子、バイパス用交流電源と接続する第２の入力端子、及び負荷側に接続される出力端子を有し、これら第１及び第２の入力端子のいずれかを出力端子側に切換接続する切換開閉器、及びこの切換開閉器の前記第２の入力端子と出力端子間に接続された半導体スイッチを有する電源切換装置とからなる既設設備に対し、前記電源切換装置と同じ機能の増設切換開閉器及び増設半導体スイッチを有する増設電源切換装置に設けられた、前記増設切換開閉器の第１の入力端子、第２の入力端子、及び出力端子を、前記電源切換装置における切換開閉器の第１の入力端子、第２の入力端子、及び出力端子の対応するものに接続した後、交流／直流変換器、二次電池、直流／交流変換器を有する増設ＵＰＳモジュールを、前記ＵＰＳモジュールに並列接続することを特徴とする。

本発明によれば、運用中における容量アップが困難であった共通の切換機能部分について、冗長分を新たに増設可能にすることで、既設を生かしつつ、従来よりも柔軟かつ容易にシステムの再構築が可能となる。

以下、本発明による無停電電源設備の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

先ず、図５により、既設の一般的な無停電電源設備の回路構成を説明する。１１はＵＰＳモジュールであり、交流／直流変換器(以下、コンバータと呼ぶ)１、二次電池（以下、バッテリと呼ぶ）６、直流／交流変換器(以下、インバータと呼ぶ)及び出力変圧器１２を有する。コンバータ１の入力側には遮断器３１が設けられ、図示しない商用電源から供給される交流を上記遮断器３１を介して入力し、直流に変換する。バッテリ６は、遮断器３２を介してコンバータ１の出力側及びインバータ２の入力側とそれぞれ接続しており、コンバータ１によって変換された直流により充電されると共に、放電時、直流電力をインバータ２に供給する。インバータ２は、コンバータ１からの直流出力及びバッテリ６から放電された直流出力を入力し、これを交流に変換する。変換された交流は、出力変圧器１２を介して、ＵＰＳモジュール１１から出力される。このＵＰＳモジュール１１は複数（図の例ではＮｏ.１〜Ｎｏ.３の３個）用意され、負荷容量に応じて組み合わされる。

１３は並列制御システムとして機能する電源切換装置であり、複数のＵＰＳモジュール１１に対して共通に設けられ、これら複数のＵＰＳモジュール１１間を、負荷容量に応じて切換接続する。また、この電源切換装置１３は、ＵＰＳモジュール１１の故障時など、これら並列接続されたＵＰＳモジュール１１に代って、商用電源１４に接続されたバイパス給電路に、無瞬断で切換えるための切換機能を有する。この切換機能は後述する切換開閉器４と動作遅れのないサイリスタスイッチ５とで構成される。

すなわち、この電源切換装置１３は、各ＵＰＳモジュール１１の出力側にそれぞれ接続され、これらＵＰＳモジュール１１を並列接続させるための遮断器３３を有すると共に、これら各遮断器３３の図示右端を共通接続している。前記切換開閉器４には、例えば、双投式の電磁接触器が用いられる。そして、その第１の入力端子４１には、各遮断器３３の共通接続端が接続されており、各ＵＰＳモジュール１１の出力側と接続したことになる。また、第２の入力端子４２は、商用電源などのバイパス用交流電源１４と遮断器３４を介して接続する。さらに、出力端子４３は、遮断器３５を介して図示しない負荷側に接続する。切換開閉器４は、これら第１の入力端子４１及び第２の入力端子４２のいずれかを、出力端子４３側に択一的に切換接続する。

また、サイリスタスイッチ５は、上記切換開閉器４の第２の入力端子４２と出力端子４３間に接続されており、切換開閉器４が切換動作する際にオン制御され、無瞬断切換を実現する。

なお、３６はメンテナンスバイパス給電用の遮断器であり、無停電電源設備全体をメンテナンスする場合等に、オン制御される。

上記Ｎｏ.１〜Ｎｏ.３までのＵＰＳモジュール１１と、これらに共通の電源切換装置１３は、図４で示すように列盤構成される。

このような既設の無停電電源設備において、負荷容量の増大などに伴い、無停電電源自体の容量が不足することがある。このような場合、並列接続された既設のＵＰＳモジュール１１だけでは容量が不足することから、例えば、既設のＵＰＳモジュール１１と同等のＵＳＰモジュールを１つ増設するものとする。このとき、既設の電源切換装置１３のスイッチング容量は、既設の３つのモジュール分の容量のみであるとする。このため、ＵＰＳモジュール１１と同等のものを単に１セット増設しただけでは、無停電電源設備として機能させることはできない。

そこで、図２及び図３で示すように、増設用の電源切換装置２３を用意し、既設の電源切換装置１３の対応箇所に接続点を設け、これらの対応箇所を相互に接続するように構成した。すなわち、増設電源切換装置２３は、前記既設の電源切換装置１３と同じ機能の増設切換開閉器４０及び増設サイリスタスイッチ５０を有する。そして、この増設切換開閉器４０の第１の入力端子４０１、第２の入力端子４０２、及び出力端子４０３には、それぞれ接続線を介して接続点７１,８１,９１を設ける。一方、既設電源切換装置４の第１の入力端子４１、第２の入力端子４２、及び出力端子４３にも接続線を介して接続点７０,８０,９０を設け、これらの対応するものを、それぞれ相互に接続できるように構成する。

一方、図１で示すように、増設されるＵＰＳモジュール２１は、既設のＮｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．３ＵＰＳモジュール１１に並列接続されて、Ｎｏ．４ＵＰＳモジュールとなるもので、既設のＵＰＳモジュール１１と同様に、コンバータ１、バッテリ６、インバータ２などを有するものである。

ここで、前記増設電源切換装置２３は、前記増設ＵＰＳモジュール２１の出力容量より大きなスイッチング容量を有するものとする。

また、図１において、制御回路１０は、無停電電源装置全体を制御するもので、具体的にはＵＰＳモジュール１１，２１の並列運転切換や、サイリスタスイッチ５，５０を用いた無瞬断切換などを制御する。

上記構成において、図５で示した無停電電源設備に対して、ＵＳＰモジュール２１の増設を行う場合は、まず、図２で示した既設の電源切換装置１３に対して、増設電源切換装置２３の対応する部分を図１で示すように接続する。すなわち、図１において、符号７は両電源切換装置１３,２３に設けられた切換開閉器４，４０の、図２、図３で示した対応する第１の端子４１，４０１間を接続する接続点７０、７１の接続部を示す。また、符号８は、同第２の端子４２，４０２間を接続する接続点８０、８１の接続部を示し、さらに、符号９は、同出力端子４３，４０３間を接続する接続点９０、９１の接続部を示す。

これらの結果、増設切換開閉器４０の第１の入力端子４０１、第２の入力端子４０２、及び出力端子４０３は、既設切換開閉器４の第１の入力端子４１、第２の入力端子４２、及び出力端子４３の対応するものにそれぞれ接続された並列構造となり、電源切換装置１３，２３全体としてのスイッチング容量を増大させる。この後、増設ＵＰＳモジュール２１を、既設ＵＰＳモジュール１１に並列接続する。

すなわち、無停電電源設備のシステム容量をアップする場合は、まず、既設電源切換装置１３に増設電源切換装置２３を増設して共通部（電源切換装置部分）の容量アップを行う。この増設作業は、両電源切換装置１３，２３の対応する接続点間７０，７１間、８０８１間、９０，９１間を相互に接続すればよい。このようにして共通部の容量アップ後、遮断器３６をオン操作してメンテナンスバイパス給電に切換えた上で、増設ＵＰＳモジュール２１を増設し、遮断器３３を介して既設ＵＰＳモジュール１１と並列接続する。

これらの配置構成は図４で示すとおりであり、列盤構成された３つの既設ＵＰＳモジュール１１及び既設電源切換装置１３を挟むように、それらの外側に、増設ＵＰＳモジュール２１及び増設電源切換装置２３が列盤構成されている。

このように、既設の無停電電源設備に対して電源容量を増大させる場合、既設の共通部（既設電源切換装置１３部分）が、現状のＵＰＳモジュール１１の容量分のみで冗長性がない場合でも、同等の電源切換装置２３を増設することにより共通部の容量が増大するので、ＵＰＳモジュール２１を増設して無停電電源装置としての電源容量を増大させることができる。このため、システム構築時に将来の電源増大を考慮する必要がなく不必要な冗長性を持たせる必要はない。また、電源切換装置２３の増設は、予め設けた接続点の対応するもの同士を接続するだけでよく、容易に実施することができる。

本発明による無停電電源設備の一実施の形態を示す回路構成図である。 同上一実施の形態に用いる既設電源切換装置の構成例を示す回路構成図である。 同上一実施の形態に用いる増設電源切換装置の構成例を示す回路構成図である。 本発明の対象となる無停電電源設備の増設前と増設後とを比較して示す外観斜視図である。 一般的な無停電電源設備回路構成を示す図である。

符号の説明

１ 交流／直流変換機
２ 直流／交流変換機
３１〜３７ 遮断器
４、４０ 切換開閉器
４１，４０１ 第１の入力端子
４２，４０２ 第２の入力端子
４３，４０３ 出力端子
５、５０ 半導体スイッチ（サイリスタスイッチ）
６ 二次電池
７，８，９ 対応する接続部
１１ ＵＰＳモジュール
１３ 電源切換装置
１４ バイパス用交流電源
２１ 増設ＵＰＳモジュール
２３ 増設電源切換装置

Claims (2)

1. 交流／直流変換器、二次電池、直流／交流変換器を有するＵＰＳモジュールと、
   このＵＰＳモジュールの出力側と接続する第１の入力端子、バイパス用交流電源と接続する第２の入力端子、及び負荷側に接続される出力端子を有し、これら第１及び第２の入力端子のいずれかを出力端子側に切換接続する切換開閉器、及びこの切換開閉器の前記第２の入力端子と出力端子間に接続された半導体スイッチを有する電源切換装置と、
   交流／直流変換器、二次電池、直流／交流変換器を有し、前記ＵＰＳモジュールに並列接続される増設ＵＰＳモジュールと、
   前記電源切換装置と同じ機能の増設切換開閉器及び増設半導体スイッチを有し、この増設切換開閉器の第１の入力端子、第２の入力端子、及び出力端子が、前記電源切換装置の第１の入力端子、第２の入力端子、及び出力端子の対応するものに接続され、かつ前記増設ＵＰＳモジュールの出力容量より大きなスイッチング容量を有する増設電源切換装置と、
   を備えたことを特徴とする無停電電源設備。
2. 交流／直流変換器、二次電池、直流／交流変換器を有するＵＰＳモジュールと、このＵＰＳモジュールの出力側と接続する第１の入力端子、バイパス用交流電源と接続する第２の入力端子、及び負荷側に接続される出力端子を有し、これら第１及び第２の入力端子のいずれかを出力端子側に切換接続する切換開閉器、及びこの切換開閉器の前記第２の入力端子と出力端子間に接続された半導体スイッチを有する電源切換装置とからなる既設設備に対し、
   前記電源切換装置と同じ機能の増設切換開閉器及び増設半導体スイッチを有する増設電源切換装置に設けられた、前記増設切換開閉器の第１の入力端子、第２の入力端子、及び出力端子を、前記電源切換装置における切換開閉器の第１の入力端子、第２の入力端子、及び出力端子の対応するものに接続した後、交流／直流変換器、二次電池、直流／交流変換器を有する増設ＵＰＳモジュールを、前記ＵＰＳモジュールに並列接続する
   ことを特徴とする無停電電源設備の増設方法。

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