特許 7399842 無停電電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-08

(45)【発行日】2023-12-18

(54)【発明の名称】無停電電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20231211BHJP

【ＦＩ】

H02J9/06 120

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020203406

(22)【出願日】2020-12-08

(65)【公開番号】P2022090851

(43)【公開日】2022-06-20

【審査請求日】2023-01-30

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】亀田 佳希

【審査官】下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１８７２１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１５３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－３４３９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０５４９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２０００２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ９／００ － １１／００

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

Ｈ０２Ｍ ７／４２ － ７／９８

Ｇ０１Ｒ ３１／３６ － ３１／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の無停電電源装置と、
前記複数の無停電電源装置と接続されるとともに、前記無停電電源装置を増設可能に設けられた並列盤とを備え、
前記並列盤は、
前記複数の無停電電源装置および増設される無停電電源装置の出力とそれぞれ接続される複数の入力端子と、
前記複数の入力端子にそれぞれ対応して設けられ、接続される前記複数の無停電電源装置および増設される無停電電源装置の出力を切替可能な複数のスイッチと、
前記複数の入力端子にそれぞれ対応して設けられ、各々が、対応する入力端子と対応するスイッチとの間に設けられる複数のリアクトルと、
前記複数の入力端子にそれぞれ対応して設けられ、各々が、前記対応するスイッチと並列に前記対応するリアクトルと接続され、別の無停電電源装置の対応するリアクトルの出力と外部配線を介して接続可能に設けられ第１のテストを実行するための複数の第１テスト端子と、
前記複数の入力端子にそれぞれ対応して設けられ、各々が、前記対応するスイッチと並列に前記対応するリアクトルと接続され、テスト負荷と接続可能に設けられ第２のテストを実行するための複数の第２テスト端子とを含む、無停電電源システム。

【請求項2】

前記並列盤は、前記複数の第２テスト端子にそれぞれ対応して設けられ、各々が、対応する第２テスト端子と前記対応するリアクトルとの間に設けられる複数のテストスイッチをさらに含む、請求項１記載の無停電電源システム。

【請求項3】

前記第１のテストは、前記増設された無停電電源装置に対応する第１テスト端子と前記複数の無停電電源装置のうちの１つの無停電電源装置に対応する第１テスト端子とを前記外部配線で接続する無負荷並列テストである、請求項１記載の無停電電源システム。

【請求項4】

前記第２のテストは、前記第２テスト端子に前記テスト負荷を接続して、対応する無停電電源装置の出力を検出する負荷テストである、請求項１記載の無停電電源システム。

【請求項5】

前記複数の無停電電源装置と接続された前記並列盤からの出力を商用電源に切り替えて負荷に電力を供給可能な保守バイパス盤をさらに備える、請求項１記載の無停電電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力系統からの商用電源が瞬時低下または停電したさい、電池に蓄えた電力を高速に負荷へ供給することにより負荷設備停止を防ぐ無停電電源装置（ＵＰＳ）に関し、複数台のＵＰＳで構成される並列冗長方式のＵＰＳに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、瞬間的な停電も許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）が用いられている。

【0003】

３６５日２４時間通常の運用並びに点検時にも、ＵＰＳ電源による給電の継続が求められる。

【0004】

この点で、特開２０１７－５０９３３公報においては、複数のＵＰＳを複数台並列に接続し、共通の負荷に対して並列運転する無停電電源システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－５０９３３公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一方で、複数台並列に接続する並列冗長方式の無停電電源システムでは、例えばＵＰＳ増設時等には、保守バイパス回路に切換える必要があり、給電信頼性が一時的に損なわれるという問題があった。

【0007】

本開示は、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、並列冗長方式の無停電電源システムにおいて、給電信頼性を損なうことなくテストすることが可能な無停電電源システム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】

【0008】

ある実施形態に従えば、無停電電源システムは、複数の無停電電源装置と、複数の無停電電源装置と接続されるとともに、無停電電源装置を増設可能に設けられた並列盤とを備える。並列盤は、複数の無停電電源装置および増設される無停電電源装置の出力とそれぞれ接続される複数の入力端子と、複数の入力端子にそれぞれ対応して設けられ、接続される複数の無停電電源装置および増設される無停電電源装置の出力を切替可能な複数のスイッチと、複数の入力端子にそれぞれ対応して設けられ、各々が、対応する入力端子と対応するスイッチとの間に設けられる複数のリアクトルと、複数の入力端子にそれぞれ対応して設けられ、各々が、対応するスイッチと並列に対応するリアクトルと接続され、別の無停電電源装置の対応するリアクトルの出力と外部配線を介して接続可能に設けられ第１のテストを実行するための複数の第１テスト端子と、複数の入力端子にそれぞれ対応して設けられ、各々が、対応するスイッチと並列に対応するリアクトルと接続され、テスト負荷と接続可能に設けられ第２のテストを実行するための複数の第２テスト端子とを含む。

【発明の効果】

【0009】

本開示の無停電電源システムは、給電信頼性を損なうことなくテストすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に基づく無停電電源システムの回路構成を説明する図である。

【図2】実施形態に基づく無停電電源システムの第１のテストについて説明する図である。

【図3】実施形態に基づく無停電電源システムの第２のテストについて説明する図である。

【図4】実施形態に基づく無停電電源システムの別の第２のテストについて説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0012】

図１は、実施形態に基づく無停電電源システムの回路構成を説明する図である。図１に示されるように、実施形態に基づく無停電電源システムは、商用電源１からの電力供給を受けて電力変換して負荷設備２０に電力を供給する複数の無停電電源装置（ＵＰＳ）１１～１３と、複数のＵＰＳ１１～１３のそれぞれの出力を並列接続する並列盤４０と、複数のＵＰＳ１１～１３の保守点検時などに負荷設備２０への給電を商用電源１に切替可能に設けられた保守バイパス盤３０と、商用電源１の電力供給を遮断可能に設けられた入力側遮断器２１～２４とを含む。一例として、３台の無停電電源装置（ＵＰＳ）の並列冗長システムが示されているが、３台に限られずさらに複数のＵＰＳを設けた構成としても良い。

【0013】

各ＵＰＳ１１～１３は、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ２と、コンバータ２の出力である直流電圧を交流電圧に変換するインバータ３と、コンバータ２およびインバータ３をバイパス可能に設けられたバイパス切換回路５とを含む。また、各ＵＰＳ１１～１３は、停電時に電力を供給可能な蓄電池４と接続されている。

【0014】

保守バイパス盤３０は、ＵＰＳ１１～１３からの電力供給と、商用電源１と接続されたバイパス経路からの電力供給とを切替可能に設けられた切替スイッチ３１，３２とを含む。

【0015】

並列盤４０は、ＵＰＳ１１～１３の出力とそれぞれ接続される入力端子６１～６３と、入力端子６１～６３にそれぞれ対応して設けられ、接続されるＵＰＳ１１～１３の出力を切替可能なスイッチ４１～４３と、入力端子６１～６３にそれぞれ対応して設けられ、対応する入力端子と対応するスイッチとの間に設けられるリアクトル７１～７３と、入力端子６１～６３にそれぞれ対応して設けられ、各々が、対応するスイッチと並列に対応するリアクトルと接続され、別のＵＰＳの対応するリアクトルの出力と外部配線を介して接続可能に設けられ第１のテストを実行するための第１テスト端子８１～８３と、入力端子６１～６３にそれぞれ対応して設けられ、各々が、対応するスイッチと並列に対応するリアクトルと接続され、テスト負荷１２０と接続可能に設けられ第２のテストを実行するための第２テスト端子９１～９３とを含む。

【0016】

並列盤４０は、第２テスト端子９１～９３にそれぞれ対応して設けられ、各々が、対応する第２テスト端子と対応するリアクトルとの間に設けられるテストスイッチ１０１～１０３をさらに含む。

【0017】

リアクトル７１～７３は、横流抑制用のリアクトルとして設けられる。

【0018】

入力端子６１は、ＵＰＳ１１の出力と接続される。リアクトル７１は、入力端子６１とスイッチ４１との間に接続される。第１テスト端子８１は、スイッチ４１と並列にリアクトル７１と接続される。第２テスト端子９１は、テストスイッチ１０１を介してスイッチ４１と並列にリアクトル７１と接続される。

【0019】

入力端子６２は、ＵＰＳ１２の出力と接続される。リアクトル７２は、入力端子６２とスイッチ４２との間に接続される。第１テスト端子８２は、スイッチ４２と並列にリアクトル７２と接続される。第２テスト端子９２は、テストスイッチ１０２を介してスイッチ４２と並列にリアクトル７２と接続される。

【0020】

入力端子６３は、ＵＰＳ１３の出力と接続される。リアクトル７３は、入力端子６３とスイッチ４３との間に接続される。第１テスト端子８３は、スイッチ４３と並列にリアクトル７３と接続される。第２テスト端子９３は、テストスイッチ１０３を介してスイッチ４３と並列にリアクトル７３と接続される。

【0021】

図２は、実施形態に基づく無停電電源システムの第１のテストについて説明する図である。図２に示されるように、一例としてＵＰＳ１２およびＵＰＳ１３について無負荷並列テストを実行する場合が示されている。具体的には、スイッチ４１を投入させて、スイッチ４２および４３を開放に設定する。これによりＵＰＳ１１から負荷設備２０への電力供給が維持される。

【0022】

第１テスト端子８２と、第１テスト端子８３とを外部配線１１０で接続する。外部配線１１０にはスイッチ１１２が設けられている。スイッチ１１２を設けない構成とすることも可能である。

【0023】

スイッチ４２および４３は開放に設定されているためＵＰＳ１２およびＵＰＳ１３は無負荷の状態である。この状態で第１テスト端子８２と第１テスト端子８３とを接続させる。これによりＵＰＳ１２あるいはＵＰＳ１３の並列運転制御が正常に行われるかをテストする。

【0024】

無負荷並列テストによりＵＰＳ１２あるいはＵＰＳ１３から電流が流れる場合には、並列運転制御が正常に行われておらず、異常状態を確認することができる。無負荷並列テストによりＵＰＳ１２あるいはＵＰＳ１３から電流が流れない場合には、並列運転制御が正常であることを確認することができる。

【0025】

例えば、ＵＰＳ１１およびＵＰＳ１２が既に無停電電源システムに搭載されており、ＵＰＳ１３が増設される場合について考える。上記の無負荷並列テストを実行することによりＵＰＳ１３の並列運転制御の異常を検出することが可能である。

【0026】

一例として、ＵＰＳ１１から負荷設備２０への電力供給が維持された状態でＵＰＳ１２およびＵＰＳ１３の無負荷並列テストを実行する場合について説明したが、ＵＰＳ１２から負荷設備２０への電力供給が維持された状態でＵＰＳ１１およびＵＰＳ１３の無負荷並列テストを実行するようにしてもよい。

【0027】

図３は、実施形態に基づく無停電電源システムの第２のテストについて説明する図である。図３に示されるように、一例としてＵＰＳ１２およびＵＰＳ１３について負荷テストを実行する場合が示されている。具体的には、スイッチ４１を投入して、スイッチ４２および４３を開放に設定する。これによりＵＰＳ１１から負荷設備２０への電力供給が維持される。

【0028】

第１テスト端子８２と、第１テスト端子８３とを外部配線１１０で接続する。外部配線１１０にはスイッチ１１２が設けられている。スイッチ１１２を設けない構成とすることも可能である。

【0029】

第２テスト端子９３にテスト負荷１２０を接続する。

【0030】

第２のテストの際にテストスイッチ１０３を投入させる。これにより、並列接続されたＵＰＳ１２およびＵＰＳ１３の出力がテスト負荷１２０に対して接続された状態となる。

【0031】

この状態でＵＰＳ１２およびＵＰＳ１３は、テスト負荷１２０に対して所望の電力を供給可能か否かをテストする。負荷テストによりＵＰＳ１２およびＵＰＳ１３から所望の電力が供給される場合には、ＵＰＳ１２およびＵＰＳ１３は正常状態であることを確認することができる。一方で、所望の電力が供給されない場合には、ＵＰＳ１２およびＵＰＳ１３の少なくとも一方の異常状態を確認することができる。当該異常状態に対して他のＵＰＳと交換する等の代替処置をとることが可能である。

【0032】

例えば、ＵＰＳ１１およびＵＰＳ１２が既に無停電電源システムに搭載されており、ＵＰＳ１３が増設される場合について考える。上記の負荷テストを実行することによりＵＰＳ１３を増設する際に電力供給能力の異常の有無を検出することが可能である。

【0033】

一例として、ＵＰＳ１１から負荷設備２０への電力供給が維持された状態でＵＰＳ１２およびＵＰＳ１３の負荷テストを実行する場合について説明したが、ＵＰＳ１２から負荷設備２０への電力供給が維持された状態でＵＰＳ１１およびＵＰＳ１３の負荷テストを実行するようにしてもよい。

【0034】

本例においては、第２テスト端子９３にテスト負荷１２０を接続する場合について説明したが、これに限られず第２テスト端子９２にテスト負荷１２０を接続するようにしても良い。

【0035】

従来の並列冗長方式の無停電電源システムでは、既存のＵＰＳに、新たなＵＰＳを増設する際に、既存のＵＰＳと増設するＵＰＳとで並列テストを実施する場合、負荷設備への給電を保守バイパス盤を用いて商用電源に切換える必要があり、給電信頼性が一時的に損なわれるという問題があった。

【0036】

実施形態に従う並列盤４０を設けることにより、並列冗長方式の無停電電源システムにおいて、ＵＰＳの増設の際に、既存のＵＰＳで負荷設備へのインバータ給電を継続しながら、増設したＵＰＳの並列テストを実行することが可能であり、並列テスト時の給電信頼性を高めることが可能である。

【0037】

上記においては既存のＵＰＳが２台の場合について説明したが、既存のＵＰＳの台数が３台以上の並列冗長方式の無停電電源システムにおいても、同様に適用することが可能である。また、増設するＵＰＳも１台に限らずさらに複数のＵＰＳを増設する場合についても同様に適用可能である。

【0038】

上記においては、既存のＵＰＳに対して、別のＵＰＳを増設する際のテストについて説明したが、特にＵＰＳを増設する際に限られず、既存のＵＰＳに対して保守点検の際にテストすることも可能である。

【0039】

図４は、実施形態に基づく無停電電源システムの別の第２のテストについて説明する図である。図４に示されるように、一例としてＵＰＳ１２について負荷テストを実行する場合が示されている。本例においては、ＵＰＳ１３が増設される前の状態が示されている。

【0040】

具体的には、スイッチ４１を投入して、スイッチ４２を開放に設定する。これによりＵＰＳ１１から負荷設備２０への電力供給が維持される。

【0041】

第２テスト端子９２にテスト負荷１２０を接続する。

【0042】

第２のテストの際にテストスイッチ１０２を投入する。これにより、ＵＰＳ１２はテスト負荷１２０に対して接続された状態となる。

【0043】

この状態でＵＰＳ１２は、テスト負荷１２０に対して所望の電力を供給可能か否かをテストする。負荷テストによりＵＰＳ１２から所望の電力が供給される場合には、ＵＰＳ１２は正常状態であることを確認することができる。一方で、所望の電力が供給されない場合には、ＵＰＳ１２の異常状態を確認することができる。当該異常状態に対して他のＵＰＳと交換する等の代替処置をとることが可能である。

【0044】

上記の負荷テストを実行することにより、保守点検時にＵＰＳ１２の電力供給能力の異常の有無を検出することが可能である。

【0045】

一例として、ＵＰＳ１１から負荷設備２０への電力供給が維持された状態でＵＰＳ１２の負荷テストを実行する場合について説明したが、ＵＰＳ１２から負荷設備２０への電力供給が維持された状態でＵＰＳ１１の負荷テストを実行するようにしてもよい。

【0046】

実施形態に従う並列盤４０を設けることにより、並列冗長方式の無停電電源システムにおいて、既存のＵＰＳで負荷設備へのインバータ給電を継続しながら、既存のＵＰＳに負荷テストを実行することが可能であり、保守点検のテスト時の給電信頼性を高めることが可能である。

【0047】

（付記）
上述したような実施形態は、以下のような技術思想を含む。

【0048】

ある実施形態に従う無停電電源システムは、複数の無停電電源装置（１１，１２）と、複数の無停電電源装置と接続されるとともに、無停電電源装置（１３）を増設可能に設けられた並列盤（４０）とを備える。並列盤は、複数の無停電電源装置および増設される無停電電源装置の出力とそれぞれ接続される複数の入力端子（６１～６３）と、複数の入力端子にそれぞれ対応して設けられ、接続される複数の無停電電源装置および増設される無停電電源装置の出力を切替可能な複数のスイッチ（４１～４３）と、複数の入力端子にそれぞれ対応して設けられ、各々が、対応する入力端子と対応するスイッチとの間に設けられる複数のリアクトル（７１～７３）と、複数の入力端子にそれぞれ対応して設けられ、各々が、対応するスイッチと並列に対応するリアクトルと接続され、別の無停電電源装置の対応するリアクトルの出力と外部配線を介して接続可能に設けられ第１のテストを実行するための複数の第１テスト端子（８１～８３）と、複数の入力端子にそれぞれ対応して設けられ、各々が、対応するスイッチと並列に対応するリアクトルと接続され、テスト負荷と接続可能に設けられ第２のテストを実行するための複数の第２テスト端子（９１～９３）とを含む。

【0049】

第１テスト端子および第２テスト端子が設けられており、給電信頼性を損なうことなくテストすることが可能である。

【0050】

ある局面において、並列盤は、複数の第２テスト端子にそれぞれ対応して設けられ、各々が、対応する第２テスト端子と対応するリアクトルとの間に設けられる複数のテストスイッチ（１０１～１０３）をさらに含む。

【0051】

ある局面において、第１のテストは、増設された無停電電源装置に対応する第１テスト端子と複数の無停電電源装置のうちの１つの無停電電源装置に対応する第１テスト端子とを外部配線で接続する無負荷並列テストである。

【0052】

ある局面において、第２のテストは、第２テスト端子にテスト負荷を接続して、対応する無停電電源装置の出力を検出する負荷テストである。

【0053】

ある局面において、複数の無停電電源装置と接続された並列盤からの出力を商用電源に切り替えて負荷に電力を供給可能な保守バイパス盤（３０）をさらに備える。

【0054】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0055】

１ 商用電源、２ コンバータ、３ インバータ、４ 蓄電池、５ バイパス切換回路、２０ 負荷設備、２１～２４ 入力側遮断器、３０ 保守バイパス盤、４０ 並列盤、４１，４２，４３，１１２ スイッチ、６１，６２，６３ 入力端子、７１，７２，７３ 横流抑制用リアクトル、８１，８２，８３ 第１テスト端子、９１，９２，９３ 第２テスト端子、１０１，１０２，１０３ テストスイッチ、１１０ 外部配線、１２０ テスト負荷。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】