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JP2001197685A - 無停電電源システム - Google Patents

無停電電源システム

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Publication number
JP2001197685A
JP2001197685A JP2000001764A JP2000001764A JP2001197685A JP 2001197685 A JP2001197685 A JP 2001197685A JP 2000001764 A JP2000001764 A JP 2000001764A JP 2000001764 A JP2000001764 A JP 2000001764A JP 2001197685 A JP2001197685 A JP 2001197685A
Authority
JP
Japan
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power supply
power
supply system
uninterruptible
battery
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000001764A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirokazu Tokuda
寛和 徳田
Naoya Eguchi
直也 江口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
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  • Inverter Devices (AREA)
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】通常時は商用電源などの電力系統から負荷に給
電し、該電力系統が異常時には電池を有するインバータ
装置から前記負荷に給電する無停電電源システムの動作
信頼性を向上させる。 【解決手段】電力系統1に一時的な電圧降下が発生した
ときには、この電圧降下を電源装置7で補正するように
して、電源装置2が有する電力貯蔵手段3としての電池
の充,放電頻度を少なくして、前記電池の寿命を延ば
し、この無停電電源システムの寿命を延ばす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、通常時は商用電
源などの電力系統から負荷に給電し、該電力系統が異常
時にはこの電力系統側を開路しつつ、半導体電力変換回
路などで形成される電源装置から負荷に給電する無停電
電源システムに関する。
【0002】
【従来の技術】図13は、この種の無停電電源システム
の従来の形態を示す構成図であり、1は商用電源などの
電力系統、2は電力貯蔵手段3を有する電源装置、4は
図示の受電点5から給電される負荷、6は電力系統1と
受電点5との間に挿設された遮断器を示す。
【0003】図14は、図13に示した無停電電源シス
テムの具体的な従来例を示す回路構成図であり、電源装
置2として後述のインバータ装置20を、電力貯蔵手段
3として電池30をそれぞれ備えている。
【0004】図15は、図14に示したインバータ装置
20の詳細回路構成図であり、電力系統1が3相出力の
場合の一例であり、図示の如く、IGBTとダイオード
の逆並列回路を3相ブリッジ結線にしてなるインバータ
主回路21と、このインバータ主回路21の直流側に接
続されるコンデンサ22と、図示しないインバータ制御
回路とを備えている。
【0005】図16は、図14に示したインバータ装置
20の、図15に示した回路構成とは異なる詳細回路構
成図であり、電力系統1が単相出力の場合の一例であ
り、図示の如く、IGBTとダイオードの逆並列回路を
単相ブリッジ結線にしてなるインバータ主回路23と、
このインバータ主回路23の直流側に接続されるコンデ
ンサ22と、図示しないインバータ制御回路とを備えて
いる。
【0006】図17は、図15,16に示したコンデン
サ22の両端電圧と、図14に示した電池30の端子電
圧との間に整合が必要なときに挿設されるチョツパ装置
40の一例を示す回路構成図である。
【0007】図17において、41,42は例えばIG
BTとダイオードの逆並列回路、43はリアクトルであ
り、このチョッパ装置40は逆並列回路41,42それ
ぞれのスイッチングモードにより双方向に電力の授受が
可能である。
【0008】以下に、図14に示した無停電電源システ
ムの動作を説明する。
【0009】通常時は遮断器6が閉路され、電力系統1
から負荷4に給電しつつ、インバータ装置20により電
池30を充電している。
【0010】また、電力系統1が異常時には、図示しな
い監視回路によりこれを検知して遮断器6を開路しつ
つ、上述の通常時に充電された電池30を直流電源とす
るインバータ装置20から負荷4に給電する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】図14に示した従来の
無停電システムにおいて、負荷4を形成する機器には、
受電点5の電圧が許容下限値を下回ったときに正常に機
能しないものが多く、従って、前記監視回路では受電点
5の電圧、すなわち、電力系統1の電圧が前記許容下限
値を下回ったときには、電力系統1が異常と判断してい
る。
【0012】しかしながら、前記許容下限値を下回る、
単なる一時的な電圧低下が電力系統1に発生したときに
も、インバータ装置20から負荷4への給電が行われ、
その都度、電池30が放電状態となる。その結果、電池
30の充,放電の頻度が多くなり、例えば、電池30と
しての鉛蓄電池などでは高頻度の充,放電が寿命を縮
め、この無停電電源システム全体の寿命も短くなるとい
う問題がある。
【0013】図14に示した無停電電源システムを設置
する本来の目的は、電力系統1のバックアップのためで
あり、従って、電池30はできる限り放電回数を少なく
し、常時フル充電の状態が望ましい。
【0014】この発明の目的は上記問題点を解決し、上
述の本来の設置目的により近づけた無停電電源システム
を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】この第1の発明は、電力
貯蔵手段を有する第1の電源装置が電力系統に並列接続
され、前記第1の電源装置と電力系統との間の受電点に
接続される負荷に対して、通常時は電力系統から前記負
荷に給電し、該電力系統が異常時にはこの電力系統側を
開路しつつ、前記第1の電源装置から前記負荷に給電す
る無停電電源システムにおいて、電力系統と前記受電点
との間に、第2の電源装置を直列に挿設したことを特徴
とする無停電電源システムにする。
【0016】第2の発明は前記第1の発明の無停電電源
システムにおいて、前記第2の電源装置には、電力貯蔵
手段を有することを特徴とする。
【0017】第3の発明は前記第1の発明の無停電電源
システムにおいて、前記第1の電源装置と第2の電源装
置との間に、電力融通手段を付加したことを特徴とする
この発明によれば、後述の如く、前記第2の電源装置に
電力系統の一時的な電圧降下を補償する機能を持たせる
ことにより、前記電力貯蔵手段の寿命を縮めることがよ
り少ない無停電電源システムを提供することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の第1の実施の
形態を示す無停電電源システムの構成図であり、図13
に示した従来の構成と同一機能を有するものには同一符
号を付してその説明を省略する。
【0019】すなわち、図1に示した構成が図13に示
した構成と異なる点は、受電点5と遮断器6との間に第
2の電源装置としての電源装置7が直列に挿設されてい
ることであり、また、電源装置2を第1の電源装置とし
ている。
【0020】図2は、この発明の第2の実施の形態を示
す無停電電源システムの構成図であり、図1に示した第
1の実施の形態と同一機能を有するものには同一符号を
付している。
【0021】すなわち、図2に示した構成が図1に示し
た構成と異なる点は、電源装置7に電力貯蔵手段8を有
していることである。
【0022】図3は、この発明の第3の実施の形態を示
す無停電電源システムの構成図であり、図1に示した第
1の実施の形態と同一機能を有するものには同一符号を
付している。
【0023】すなわち、図3に示した構成が図1に示し
た構成と異なる点は、電源装置2と電源装置7との間に
電力融通手段9を備え、電力貯蔵手段3の電力を双方に
融通できるようにしたことである。
【0024】図4は、この発明の第1の実施例を示す無
停電電源システムの回路構成図であり、図1に示した無
停電電源システムの具体的な回路構成図である。
【0025】すなわち、図1に示した電源装置7として
インバータ装置70と変圧器71とを備えており、この
インバータ装置70の詳細回路構成は、図15叉は図1
6の回路構成と同様な構成である。
【0026】以下に、図4に示した無停電電源システム
の動作を説明する。
【0027】通常時は遮断器6が閉路され、電力系統1
から変圧器71の二次巻線を介して負荷4に給電しつ
つ、インバータ装置20により電池30を充電してい
る。
【0028】このとき、インバータ装置20は電池30
がフル充電状態を保つように制御しており、従って、電
源装置1からインバータ装置20の内部損失と電池30
の自然放電分を補う電力とが供給されている。
【0029】また、電力系統1の軽度の異常時、例え
ば、一時的な電圧降下,瞬断などが発生したときに、イ
ンバータ装置70が変圧器71を介してこの低下分を補
正できる予め設定した範囲内で、このときの低下分を補
償する。
【0030】上述の補償動作を、図5に示したベクトル
図を参照つつ、以下に説明する。
【0031】図5において、受電点5の電圧をVL (通
常値≒定格値)とし、電力系統1からの電流をIL
し、電力系統1の電圧をVS とし、変圧器71の二次巻
線の両端電圧をVI とすると、それぞれは図示の如きベ
クトル関係にあり、インバータ装置70が変圧器71を
介して補正した受電点5の電圧VL は負荷4の力率によ
り図示の円弧(点線)上を移動する。
【0032】すなわち、このインバータ装置70は、図
15叉は図16に示す回路構成のために無効電力しか供
給できないので、電流IL に対して、図示の如く直交す
る位相の電圧(電圧VI に変圧器71の変圧比を乗じた
値)を出力する。
【0033】さらに、電力系統1が重度の異常時、すな
わちインバータ装置70では補償できない電圧に電力系
統1の電圧が低下したとには、図示しない監視回路によ
りこれを検知して遮断器6を開路しつつ、上述の通常時
に充電された電池30を直流電源とするインバータ装置
20から負荷4に給電する。
【0034】図6は、この発明の第2の実施例を示す無
停電電源システムの回路構成図であり、図2に示した無
停電電源システムの具体的な回路構成図である。
【0035】すなわち、図2に示した電源装置7として
インバータ装置70および変圧器71と、インバータ装
置70には電力貯蔵手段8として電池80とを備えてい
る。
【0036】以下に、図6に示した無停電電源システム
の動作を説明する。
【0037】通常時は遮断器6が閉路され、電力系統1
から変圧器71の二次巻線を介して負荷4に給電しつ
つ、インバータ装置20により電池30を充電し、同様
に、インバータ装置70により電池80を充電してい
る。
【0038】このとき、インバータ装置20は電池30
がフル充電状態を保つように制御しており、同様に、イ
ンバータ装置70は電池80がフル充電状態を保つよう
に制御しており、従って、電源装置1からインバータ装
置20の内部損失と電池30の自然放電分を補う電力
と、インバータ装置70の内部損失と電池80の自然放
電分を補う電力とが供給されている。
【0039】また、電力系統1の軽度の異常時、例え
ば、一時的な電圧降下,瞬断などが発生したときに、イ
ンバータ装置70が変圧器71を介してこの低下分を補
正できる予め設定した範囲内で、このときの低下分を補
償する。
【0040】上述の補償動作を、図7に示したベクトル
図を参照つつ、以下に説明する。
【0041】図7において、受電点5の電圧をVL (通
常値≒定格値)とし、電力系統1からの電流をIL
し、電力系統1の電圧をVS とし、変圧器71の二次巻
線の両端電圧をVI とすると、それぞれは図示の如きベ
クトル関係にあり、受電点5の電圧VL は負荷4の力率
により図示の円弧(点線)上を移動する。
【0042】すなわち、このインバータ装置70はその
直流側に電池80を有するので有効電力と無効電力の双
方が供給可能であり、従って図示の如く、インバータ装
置70は電源系統1の電圧VS と同位相の電圧(電圧V
I に変圧器71の変圧比を乗じた値)を出力する。すな
わち、インバータ装置7が出力する電圧は図6に示した
回路構成より小さい値で補償することができる。
【0043】さらに、電力系統1が重度の異常時、すな
わちインバータ装置70では補償できない電圧に電力系
統1の電圧が低下したとには、図示しない監視回路によ
りこれを検知して遮断器6を開路しつつ、上述の通常時
に充電された電池30を直流電源とするインバータ装置
20から負荷4に給電する。
【0044】図8は、この発明の第3の実施例を示す無
停電電源システムの回路構成図であり、図3に示した無
停電電源システムの具体的な回路構成図である。
【0045】すなわち、図3に示した電源装置7として
インバータ装置70および変圧器71と、インバータ装
置20とインバータ装置70との間には電力融通手段9
として電力融通手段9a,9bとを備え、この電力融通
手段9a,9bにより、電池30の電力を双方に融通す
ることができる。
【0046】図8に示した無停電電源システムの動作
は、上述の図6に示した無停電電源システムと同様であ
り、その説明を省略するが、電池30に対してインバー
タ装置20とインバータ装置70の双方からフル充電を
保つ制御を行うことができる。
【0047】図9は、この発明の第4の実施例を示す無
停電電源システムの回路構成図であり、図1に示した無
停電電源システムの具体的な回路構成図で、図4に示し
た第1の実施例回路と異なる点として遮断器6の設置位
置を代えているが、この無停電電源システム全体の動作
は同じである。
【0048】なお、図9に示した回路構成において変圧
器71を省略し、インバータ装置70の出力を電力系統
1と負荷4との間の経路に直接挿設してもよい。
【0049】図10は、この発明の第5の実施例を示す
無停電電源システムの回路構成図であり、図2に示した
無停電電源システムの具体的な回路構成図で、図6に示
した第2の実施例回路と異なる点として遮断器6の設置
位置を代えているが、この無停電電源システム全体の動
作は同じである。
【0050】図11は、この発明の第6の実施例を示す
無停電電源システムの回路構成図であり、図1に示した
無停電電源システムの具体的な回路構成図で、図8に示
した第1の実施例回路と異なる点として遮断器6の設置
位置を代えているが、この無停電電源システム全体の動
作は同じである。
【0051】図12は、この発明の第7の実施例を示す
無停電電源システムの回路構成図であり、図1に示した
無停電電源システムの具体的な回路構成図で、図4に示
した第1の実施例回路と異なる点としてインバータ装置
72の出力を電力系統1と受電点5との間に直列に挿入
しているが、この無停電電源システム全体の動作は同じ
である。
【0052】なお、図6,図8〜図11に示した実施例
回路それぞれにおいても、図12に示した実施例回路の
構成と同様に、変圧器71を省略することができる。
【0053】また、上述の実施例の説明において、電力
貯蔵手段としては鉛電池などの一般的な電池の例を示し
たが他に、フライホイール,超電導電力貯蔵装置(SM
ES)などでもよい。
【0054】
【発明の効果】この発明によれば、第2の電源装置に電
力系統の一時的な電圧降下を補償する機能を持たせるこ
とにより、第1の電源装置から負荷に給電する頻度を極
力減らし、電力貯蔵手段の寿命を縮めることがより少な
い無停電電源システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示す無停電電源
システムの構成図
【図2】この発明の第2の実施の形態を示す無停電電源
システムの構成図
【図3】この発明の第3の実施の形態を示す無停電電源
システムの構成図
【図4】この発明の第1の実施例を示す無停電電源シス
テムの回路構成図
【図5】図4の動作を説明するベトクル図
【図6】この発明の第2の実施例を示す無停電電源シス
テムの回路構成図
【図7】図6の動作を説明するベトクル図
【図8】この発明の第3の実施例を示す無停電電源シス
テムの回路構成図
【図9】この発明の第4の実施例を示す無停電電源シス
テムの回路構成図
【図10】この発明の第5の実施例を示す無停電電源シ
ステムの回路構成図
【図11】この発明の第6の実施例を示す無停電電源シ
ステムの回路構成図
【図12】この発明の第7の実施例を示す無停電電源シ
ステムの回路構成図
【図13】従来の形態を示す無停電電源システムの構成
【図14】従来例を示す無停電電源システムの回路構成
【図15】インバータ装置の回路構成図
【図16】インバータ装置の回路構成図
【図17】チョッパ装置の回路構成図
【符号の説明】
1…電力系統、2…電源装置、3…電力貯蔵手段、4…
負荷、5…受電点、6…遮断器、7…電源装置、8…電
力貯蔵手段、9,9a,9b…電力融通手段、20…イ
ンバータ装置、21,23…インバータ主回路、22…
コンデンサ、30…電池、40…チョッパ装置、41,
42…逆並列回路、43…リアクトル、70,72…イ
ンバータ装置、71…変圧器、80…電池。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02M 7/48 H02M 7/48 N R Fターム(参考) 5G015 FA08 GA04 GA06 GA07 HA04 HA15 JA02 JA05 JA24 JA32 JA34 JA53 JA55 5G066 AA04 AA08 AD01 AE11 AE14 BA03 CA09 DA04 DA07 FA07 FB13 HA06 HB03 HB05 HB11 JA02 JB03 LA08 5H007 AA06 BB05 CA01 CB05 CB17 CC32 DA04

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電力貯蔵手段を有する第1の電源装置が
    電力系統に並列接続され、 前記第1の電源装置と電力系統との間の受電点に接続さ
    れる負荷に対して、 通常時は電力系統から前記負荷に給電し、該電力系統が
    異常時にはこの電力系統側を開路しつつ、前記第1の電
    源装置から前記負荷に給電する無停電電源システムにお
    いて、 電力系統と前記受電点との間に、第2の電源装置を直列
    に挿設したことを特徴とする無停電電源システム。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の無停電電源システムに
    おいて、 前記第2の電源装置には、電力貯蔵手段を有することを
    特徴とする無停電電源システム。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の無停電電源システムに
    おいて、 前記第1の電源装置と第2の電源装置との間に、電力融
    通手段を付加したことを特徴とする無停電電源システ
    ム。
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