JP6649239B2 - 無停電電源システム - Google Patents

Description

本発明は、無停電電源システムに関し、より特定的には、並列接続された複数の無停電電源装置を備える無停電電源システムにおける運転台数制御に関する。

無停電電源装置は、一つの負荷に一台が接続される場合以外にも、一つの負荷に複数台が並列に接続されて当該負荷に電力を供給するように用いられる場合がある。

無停電電源装置は、一般的に、負荷率がある範囲（たとえば７０〜８０％程度）のときに効率が最大となり、負荷率が当該範囲よりも低くなる、または当該範囲よりも高くなると効率が低下する傾向がある。そのため、各々が自立運転可能に構成された無停電電源装置を複数台並列に接続して用いる無停電電源システムでは、低負荷時には、複数の無停電電源装置のうちの一部の無停電電源装置を停止させることで、運転中の各無停電電源装置の負荷率を上記範囲まで上昇させることにより、システム全体の運転効率を向上させている。

これによると、運転中の各無停電電源装置の負荷率を監視し、負荷率の変化に応じて運転台数を適切に選択することで、無停電電源システム全体の運転効率を最大に保つことが可能となる。たとえば、特開２０１０−１６６６５４号公報（特許文献１）には、運転台数の選択結果に基づいて必要な台数の無停電電源装置を運転するとともに、不要な無停電電源装置を停止させて待機状態とするという運転台数制御を自動的に実行する構成が記載されている。

特開２０１０−１６６６５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された無停電電源システムでは、運転中の無停電電源装置の負荷率が変化したときにのみ、運転台数の変化に応じて、運転すべき無停電電源装置を変更するため、各無停電電源装置の運転時間に偏りが生じるおそれがある。

特に、無停電電源装置の負荷率がほとんど変化せず、運転台数が変化しない場合、各無停電電源装置は運転状態または待機状態のまま維持されてしまうため、複数の無停電電源装置間の運転時間の不均等が増長されてしまうことが予想される。

無停電電源装置を構成する部品および無停電電源装置に含まれる蓄電池は運転時間とともに劣化し、最終的に寿命に至る。複数の無停電電源装置のうちの一部の無停電電源装置が劣化した状態で無停電電源システムを稼動させることは、無停電電源システムの安定性および信頼性を低下させる可能性がある。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、各無停電電源装置の運転状態と待機状態とを積極的に切り替えることによって、複数の無停電電源装置間の運転時間の均等化を行なう無停電電源システムを提供することである。

この発明のある局面に従えば、無停電電源システムは、複数の無停電電源装置と、制御装置とを備える。複数の無停電電源装置は、負荷に対して並列接続される。制御装置は、複数の無停電電源装置のうちの負荷に電力を供給するために必要な台数の無停電電源装置を運転させるとともに、残りの無停電電源装置を停止させて待機状態とするように構成される。さらに、制御装置は、所定の時間間隔で、待機状態の無停電電源装置の少なくとも一部を起動するように構成される。

また好ましくは、制御装置は、待機状態の無停電電源装置の少なくとも一部の無停電電源装置を起動させた後に、運転状態の無停電電源装置の少なくとも一部の無停電電源装置を停止させるように構成される。

また好ましくは、制御装置は、複数台の無停電電源装置の各々の運転時間を累積するように構成される。さらに、制御装置は、運転状態の無停電電源装置のうち、累積運転時間が長い無停電電源装置を停止させるように構成される。

また好ましくは、制御装置は、複数台の無停電電源装置の各々の運転時間を累積するように構成される。そして、制御装置は、待機状態の無停電電源装置のうち、累積運転時間が短い無停電電源装置を起動させるように構成される。

また好ましくは、制御装置は、複数の無停電電源装置の各々が停止されてから待機状態を継続している待機時間を計測するように構成される。そして、前記制御装置は、前記待機状態の無停電電源装置のうち、前記待機時間が長い前記無停電電源装置を起動させるように構成される。

この発明によれば、各無停電電源装置の運転状態と待機状態とを積極的に切り替えることによって、運転時間の均等化を行なう無停電電源システムを提供することができる。

本発明の実施の形態１にかかる無停電電源システムの基本的構成を示した図である。 図１に示した無停電電源装置の構成例を示した図である。 実施の形態１の無停電電源システムの動作の一例を示すタイミングチャートである。 実施の形態１の無停電電源システムの動作を説明するフローチャートである。 実施の形態１の変形例１の無停電電源システムの動作を説明するフローチャートである。 実施の形態１の変形例１の無停電電源システムの動作の一例を示すタイミングチャートである。 実施の形態１の変形例２の無停電電源システムの動作を説明するフローチャートである。 実施の形態２の無停電電源システムの動作を説明するフローチャートである。 実施の形態１および２の無停電電源システムの動作のそれぞれの例を比較するタイミングチャートである。

以下に本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお以下では、図中の同一部分および相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

［実施の形態１］
以下、本発明にかかる実施の形態１について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる無停電電源システムの基本的構成を示した図である。図１に示すこの実施の形態の無停電電源システム１は、主にＬＡＮ配線を備えるネットワーク２に、複数台の無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ。以下、無停電電源装置を「ＵＰＳ」とも記す。）３および負荷率監視制御手段としての運転台数制御装置４が、それぞれネットワークインタフェース５を介して接続されている。

これらの複数台のＵＰＳ３は、対応するネットワークインタフェース５とともに、筐体６内にそれぞれ収容されていて、負荷７に対して並列接続されている。

一方、運転台数制御装置４は、対応するネットワークインタフェース５とともに、筐体８内に収容されている。

［ＵＰＳの基本構成］
図２は、図１に示したＵＰＳ３の構成例を示した図である。図２を参照して、ＵＰＳ３は、制御部９と、交流電源１０に接続端子１１を介して接続されるコンバータ１２と、平滑コンデンサ１３と、負荷７に負荷接続端子２０を介して接続されるインバータ１４と、蓄電池１５にバッテリ接続端子１６を介して接続されるチョッパ回路１７と、電圧センサ１８と、電流センサ１９とを備える。

制御部９は、インバータ１４から負荷接続端子２０を介して負荷７へ出力される電流値を制御する。コンバータ１２は、交流電源１０から交流電力が供給されている通常状態では、該交流電力を直流電力に変換して、その直流電力をインバータ１４およびチョッパ回路１７に供給する。

平滑コンデンサ１３は、コンバータ１２から出力される直流電圧を平滑化する。
電圧センサ１８は、交流電源１０から接続端子１１を介してコンバータ１２に入力される交流電圧を検出し、その検出信号を制御部９に送信する。

制御部９は、電圧センサ１８の電圧検出信号により交流電源１０が停電状態であるか否かを判断することができる。制御部９は、交流電源１０が停電状態になると、インバータ１４への入力を、交流電源１０側のコンバータ１２から、蓄電池１５側のチョッパ回路１７に切換える。

チョッパ回路１７は、バッテリ接続端子１６を介して蓄電池１５に接続されるとともにインバータ１４の直流側に接続される。チョッパ回路１７は蓄電池１５の電圧とコンバータ１２およびインバータ１４の間の直流電圧とを相互に変換する。通常状態では、チョッパ回路１７はコンバータ１２によって生成された直流電力で蓄電池１５を充電する。

一方、交流電源１０が停電したときには、チョッパ回路１７は蓄電池１５からの直流電力をインバータ１４に供給する。

インバータ１４は、通常状態では、コンバータ１２からの直流電力を交流電力に変換して負荷７に供給する。インバータ１４は、停電状態では、蓄電池１５からの直流電力を交流電力に変換して負荷７に供給する。

電流センサ１９は、インバータ１４から出力される電流値を検出する。この電流値は、電流センサ１９によって電流検出信号に変換される。電流検出信号は、制御部９における自立制御でのフィードバック制御に用いられる。

制御部９は、図１に示したネットワークインタフェース５を介して、ネットワーク２に接続されている。制御部９は、ネットワーク２を用いて運転台数制御装置４に対して、自己のＵＰＳ３の各種状態を示す情報を送信する。この各種情報は、電流検出信号、電圧検出信号、交流電源１０の停電状態の判断結果を示す情報、自己のＵＰＳ３が待機状態であるか運転状態であるかを示す情報等を含む。

さらに、制御部９は、ネットワーク２を用いて運転台数制御装置４に対して、自己のＵＰＳ３の負荷率を送信する。ここで、ＵＰＳ３の「負荷率」とは、ＵＰＳ３の定格電流を１００％とした場合の、ＵＰＳ３から実際に出力される電流の割合（単位％）を示す。

制御部９は、自己のＵＰＳ３の運転を制御する。これにより、各ＵＰＳ３は他のＵＰＳ３から自立して運転（自立運転）を行なうことができる。また、制御部９は、上記自立運転の制御に加えて、ネットワーク２を介して運転台数制御装置４から送られてくる起動指令および停止指令に基づき、自己のＵＰＳ３の運転（運転状態／待機状態の切換を含む）を制御する。

さらに、後述するように、各ＵＰＳ３において故障が発生した場合、故障が発生したＵＰＳ３から、故障の情報を含む信号がネットワーク２を介して運転台数制御装置４に出力される。

［運転台数制御装置による各ＵＰＳの制御］
次に、運転台数制御装置４による、負荷率監視機能について説明する。図１に示したように、筐体８内には、ネットワーク２にネットワークインタフェース５を介して接続される運転台数制御装置４が設けられている。運転台数制御装置４は、ネットワーク２を介して、複数のＵＰＳ３の各々からＵＰＳ３の各種情報（運転／待機状態および負荷率などを含む）を受信する。

運転台数制御装置４は、これらの情報をもとに、無停電電源システム１全体の運転効率が最大となるＵＰＳ３の運転台数（以下、最適運転台数とも称する）を決定する。

具体的には、運転台数制御装置４は、運転中の無停電電源装置の負荷率が、効率が最大となる所定範囲（たとえば７０〜８０％程度）に収まるように、最適運転台数を決定する。たとえば、負荷率が７０％未満に低下したときには、運転台数制御装置４は、運転台数を１台減少させた場合の負荷率を算出する。算出した負荷率が７０〜８０％の範囲に収まっていれば、運転台数制御装置４は、現在の運転台数から１台減じたものを最適運転台数に決定する。一方、算出した負荷率が８０％を超える場合には、運転台数制御装置４は、現在の運転台数を最適運転台数に決定する。

そして、運転台数制御装置４は、決定された最適運転台数に基づいて、各ＵＰＳ３を運転／待機状態のいずれに設定するかを決定する。運転台数制御装置４は、これらの決定を元に、ネットワーク２を介して、各ＵＰＳ３に起動指令または停止指令を送信する。

このように運転台数制御装置４によって負荷率の監視が行なわれることにより、個別に自立制御されている複数のＵＰＳ３が、負荷率の変化に応じて最適運転台数となるように調整される。これにより、不要なＵＰＳ３を停止させる省エネルギ運転（いわゆるエコ運転）が行なわれる。

次に、運転台数制御装置４による、いずれかのＵＰＳ３に故障が生じたときの制御について説明する。運転台数制御装置４は、各ＵＰＳ３の制御部９からの情報に基づいて、ネットワーク２に接続される複数のＵＰＳ３のうち、いずれかに故障が発生したか否かを判定するように構成されている。運転台数制御装置４は、いずれのＵＰＳ３にも故障が発生していない場合は運転台数制御を継続する。

一方、いずれか１つのＵＰＳ３に故障が発生した場合は、運転台数制御装置４は、待機中のすべてのＵＰＳ３に起動指令を与えた後に運転台数制御を停止する。ここで「故障」とは、重大な故障や、しばらく修理しなくても運転を継続できる程度の軽故障などをすべて含む。具体的には、たとえばＵＰＳ３の各電力変換装置や、冷却ファンの故障、通常の想定を上回る温度上昇などが含まれる。すなわち、過熱、騒音、振動が発生し、ＵＰＳ３は運転停止または、運転停止までは至らないが正常に動作できない状態も含む。

このような無停電電源システムにおいては、負荷率の変動に応じて最適運転台数が増減する際、新たに起動もしくは停止すべきＵＰＳが選択される。特許文献１では、各ＵＰＳの運転時間の積算データに基づいて起動もしくは停止すべきＵＰＳを選択することで、各ＵＰＳの運転時間の均等化を図っている。しかし、このような構成では、負荷率が変化したときにのみ、運転すべきＵＰＳを変更しているため、負荷率がほとんど変化せず、最適運転台数が一定となっている状況では、運転すべきＵＰＳを変更する機会が制限されてしまう場合がある。この場合、均等化が充分でないおそれがある。

したがって、これらの問題を解決するために、本実施の形態１に従う無停電電源システム１では、運転台数制御装置４は、所定の時間間隔で、待機状態のＵＰＳの少なくとも一部を起動するように構成される。

ここで、待機状態のＵＰＳの少なくとも一部を起動すると、ＵＰＳの運転台数は最適運転台数よりも多くなるため、各ＵＰＳの負荷率が所定範囲より低下する。そこで、運転台数制御装置４は、上述した運転台数制御を行ない、運転状態のＵＰＳの少なくとも一部を停止することで、運転台数を最適運転台数に一致させる。

このように、運転台数制御の実行中に所定の時間間隔で待機状態のＵＰＳの少なくとも一部を起動することで、運転状態のＵＰＳの少なくとも一部が停止され、実質的に、運転すべきＵＰＳを変更することが可能となる。これによれば、最適運転台数が一定となっている状況において、複数のＵＰＳ間で運転時間の不均等が増長されることを防ぐことができる。以下の説明では、運転すべきＵＰＳの変更を「ローテーション」とも称する。

より具体的には、運転台数制御装置４は、所定の時間間隔で待機状態のＵＰＳの少なくとも一部を起動して運転台数を増やした後、所定時間の経過を待って、運転状態のＵＰＳの少なくとも一部を停止する。該所定時間が経過するまでは、新たに起動したＵＰＳと新たに停止すべきＵＰＳとの両方が運転するため、ローテーション時に一時的な電力不足が起こることを防止することができる。また、ローテーションのためにＵＰＳを起動した直後に最適運転台数が増えるケースが生じることを考慮して、ＵＰＳの起動とＵＰＳの停止との間に時間的余裕をとることで、安定した電力供給を可能としている。

以下の説明では、ローテーションが行なわれる所定の時間間隔を「ローテーション時間Ｔ２」とも称する。ローテーション時間Ｔ２は、具体的には、ローテーションを目的とした待機状態のＵＰＳの少なくとも一部の起動の時間間隔を示す。ローテーション時間Ｔ２は、たとえば１か月程度に設定される。

また、ローテーションにおいて、待機中のＵＰＳの少なくとも一部を起動してから運転中のＵＰＳの少なくとも一部を停止するまでの所定時間を「オーバーラップ時間Ｔ１」とも称する。オーバーラップ時間Ｔ１は、たとえば１時間程度に設定される。

次に、図３を用いて、本実施の形態１に従う無停電電源システム１による運転台数制御の動作例を説明する。図３には、時間経過に応じた、複数のＵＰＳ３の運転状態・待機状態の推移が示される。なお、図３中の斜線部分はＵＰＳが運転状態である時間を示し、図３中の白抜き部分はＵＰＳが待機状態である時間を示している。

図３では、無停電電源システム１には５台のＵＰＳ３（ＵＰＳ３１〜３５）が含まれる場合を例とする。また、図３の例では、時刻ｔ０〜ｔ７の間、運転状態である各ＵＰＳの負荷率が一定であり、時刻ｔ７で負荷率が増加した場合を想定している。さらに、時刻ｔ７より後の時刻ｔ１２で負荷率が減少した場合を想定している。

負荷率の変動による運転台数の変更もしくはローテーションのために、いずれかのＵＰＳを起動もしくは停止する際は、該起動もしくは停止されるＵＰＳ３は、累積運転時間に基づいて決定される場合を考える。

ここで、「ＵＰＳの累積運転時間」はＵＰＳの総運転時間に相当する。総運転時間とは、ＵＰＳの新品状態からの運転時間を累積したものである。ＵＰＳの起動時には、累積運転時間の短いものが選択され、停止時には累積運転時間の長いものが選択される。

本実施の形態１では、運転台数制御装置４は、ローテーション時間Ｔ２が経過するごとに、５台のＵＰＳ３のうちのいずれか１台を起動するものとする。そして、運転台数制御装置４は、１台のＵＰＳ３を起動した後、オーバーラップ時間Ｔ１を待って、１台のＵＰＳ３を停止するものとする。このとき、運転台数制御装置４は、直前に起動したＵＰＳ３を、停止すべきＵＰＳに選択しないこととする。

また、負荷率の変化またはローテーションのために、いずれか１台のＵＰＳ３を起動または停止する際、運転台数制御装置４は、各ＵＰＳ３の累積運転時間に基づいて、起動または停止するＵＰＳを決定するものとする。具体的には、運転台数制御装置４は、ＵＰＳを起動するときには、待機状態のＵＰＳ３のうち、累積運転時間が最も短いものを選択する。また、運転台数制御装置４は、ＵＰＳを停止するときには、累積運転時間が最も長いものを選択する。

なお、累積運転時間が等しいＵＰＳ３が２台以上ある場合には、運転台数制御装置４は、装置番号の小さい方のＵＰＳ３を優先的に起動もしくは停止することとする。

図３では、無停電電源システム１の起動時（時刻ｔ０）において、ＵＰＳ３１〜３５の各々の累積運転時間を０とする。また、無停電電源システム１起動時の負荷から導き出される最適運転台数は３台であるとする。

また、上述したとおり、Ｔ２はローテーション時間を示し、Ｔ１はオーバーラップ時間を示す。前回ローテーションのために待機状態のＵＰＳ３を起動した時点からの経過時間をｔｅと表記する。

以上の条件は特に説明のない限り、図６および図９のタイミングチャートにおいても同様である。

時刻ｔ０において、無停電電源システム１の運転台数制御が開始されると、上述の通り最適運転台数は３台であり、かつ、この時点でのＵＰＳ３１〜３５の累積運転時間はすべて０であるので、装置番号の小さい３台のＵＰＳ３（ＵＰＳ３１〜ＵＰＳ３３）が起動される。運転台数制御装置４は、時刻ｔ０を起点として経過時間ｔｅを計測する。

時刻ｔ１において、経過時間ｔｅがローテーション時間Ｔ２に達すると、運転台数制御装置４は、運転すべきＵＰＳ３をローテーションさせる。すなわち、運転台数制御装置４は、待機状態のＵＰＳ３のうち、最も累積運転時間の短いものを起動する。ただし、ここではＵＰＳ３４とＵＰＳ３５の累積運転時間は等しく０であるため、装置番号の小さいＵＰＳ３４が起動される。

時刻ｔ１からオーバーラップ時間Ｔ１が経過した時刻ｔ２では、運転台数制御装置４は、停止すべきＵＰＳを選択する。ここでは、負荷率が一定なので、最適運転台数は３台である。運転台数制御装置４は、運転状態のＵＰＳ３のうち、最も運転時間の長いものに停止命令を出す。ただし、ＵＰＳ３１〜３３の累積運転時間は等しいので、最も装置番号の小さいＵＰＳ３１が停止され、ＵＰＳ３の運転台数は再び３台に戻る。

時刻ｔ１からローテーション時間Ｔ２が経過した時刻ｔ３において、運転台数制御装置４は、運転すべきＵＰＳ３をローテーションさせる。ここでは、最も累積運転時間が短いＵＰＳ３５が起動される。

時刻ｔ３からオーバーラップ時間Ｔ１が経過した時刻ｔ４では、運転台数制御装置４は、停止すべきＵＰＳを選択する。ここでは、負荷率が一定なので、最適運転台数は３台である。運転台数制御装置４は、最も累積運転時間の長いＵＰＳに停止命令を出す。ただし、ＵＰＳ３２，３３の累積運転時間は等しいので、装置番号の小さいＵＰＳ３２が停止され、ＵＰＳの運転台数は再び３台に戻る。

時刻ｔ４からローテーション時間Ｔ２が経過した時刻ｔ５において、運転台数制御装置４は、運転すべきＵＰＳ３をローテーションさせる。時刻ｔ５において、待機中のＵＰＳ３のうち最も累積運転時間が短いものはＵＰＳ３１であるので、ＵＰＳ３１が起動される。

時刻ｔ５からオーバーラップ時間Ｔ１が経過した時刻ｔ６では、運転台数制御装置４は、停止すべきＵＰＳ３を選択する。運転台数制御装置４は、最も累積運転時間の長いＵＰＳ、すなわちＵＰＳ３３に停止命令を出す。その結果、ＵＰＳの運転台数は再び３台に戻る。

次に、時刻ｔ７において、負荷率が増加し、最適運転台数が３台から４台に増加したものとする。このとき、運転台数制御装置４は、待機中のＵＰＳであるＵＰＳ３２，３３のうち、累積運転時間の短いＵＰＳ３２を起動する。

時刻ｔ６からローテーション時間Ｔ２が経過した時刻ｔ８において、運転台数制御装置４は運転すべきＵＰＳ３をローテーションさせる。ここでは、待機中のＵＰＳはＵＰＳ３３のみであるので、ＵＰＳ３３が起動される。

時刻ｔ８からオーバーラップ時間Ｔ１が経過した時刻ｔ９では、運転台数制御装置４は、停止すべきＵＰＳ３を選択する。ここでは最適運転台数は４台である。運転中のＵＰＳの中で最も累積運転時間の長いＵＰＳはＵＰＳ３３，３４であるが、ＵＰＳ３３は直前の時刻ｔ８で起動されたばかりなので、ＵＰＳ３４が停止される。

時刻ｔ８からローテーション時間Ｔ２が経過した時刻ｔ１０において、運転台数制御装置４は運転すべきＵＰＳ３をローテーションさせる。ここでは、待機中のＵＰＳはＵＰＳ３４のみであるので、ＵＰＳ３４が起動される。

時刻ｔ１０からオーバーラップ時間Ｔ１が経過した時刻ｔ１１では、運転台数制御装置４は、停止すべきＵＰＳ３を選択する。ここでは最適運転台数は４台である。そこで、運転台数制御装置４は、運転中のＵＰＳの中で最も累積運転時間の長いＵＰＳ３３を停止する。

次に、時刻ｔ１２において、負荷率が減少し、最適運転台数が４台から３台に減少したものとする。このとき、運転台数制御装置４は、運転中のＵＰＳ３１，３２，３４，３５のうち、最も累積運転時間の長いＵＰＳ３２を停止する。

時刻ｔ１１からローテーション時間Ｔ２が経過した時刻ｔ１３において、運転台数制御装置４は、運転すべきＵＰＳ３をローテーションさせる。ここでは、待機中のＵＰＳ３２，３３のうち、累積運転時間がより短いＵＰＳ３２が起動される。

時刻ｔ１３からオーバーラップ時間Ｔ１が経過した時刻ｔ１４では、運転台数制御装置４は、停止すべきＵＰＳ３を選択する。ここでは最適運転台数は３台である。そこで、運転台数制御装置４は、運転中のＵＰＳの中で最も累積運転時間の長いＵＰＳ３４を停止する。

図４は、この発明の実施の形態１の無停電電源システムで実行される、運転台数制御を説明するフローチャートである。図４のフローチャートに示される処理は、無停電電源システム１の起動後、運転台数制御装置４により所定周期で繰り返し実行される。

具体的には、運転台数制御装置４は、運転台数制御を開始すると、ステップＳ１では、各ＵＰＳ３から送られてくる信号に基づいて、複数のＵＰＳ３のいずれかに故障が発生しているか否かを判定する。

いずれかのＵＰＳ３に故障が発生していると判定されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、運転台数制御装置４は、ステップＳ１１により、待機状態のすべてのＵＰＳ３に起動指令を送信する。一方、ステップＳ１でいずれのＵＰＳ３にも故障が発生していないと判定されると（ステップＳ１でＮＯ）、運転台数制御装置４は、ステップＳ２に処理を進める。

ステップＳ２では、運転台数制御装置４は、運転状態のＵＰＳ３について、各ＵＰＳ３の累積運転時間を積算する。また、運転台数制御装置４は、前回ローテーションのために待機状態のＵＰＳ３を起動してからの経過時間ｔｅも積算する。

ステップＳ３では、運転台数制御装置４は、並列運転中のＵＰＳ３の負荷率に基づいて、最適運転台数Ｎｒを決定する。ステップＳ４では、運転台数制御装置４は、決定された最適運転台数Ｎｒが現在の運転台数Ｎｃより大きいか否かを判定する。最適運転台数Ｎｒが現在の運転台数Ｎｃよりも大きい場合には（ステップＳ４でＹＥＳ）、運転台数制御装置４は、ステップＳ５に処理を進める。

ステップＳ５では、運転台数制御装置４は、待機状態のＵＰＳ３のうち累積運転時間が最小のものに対して、ネットワーク２を介して起動指令を出力する。起動指令を受けたＵＰＳ３が起動することで、ＵＰＳ３の運転台数が増加する。

一方、最適運転台数Ｎｒが現在の運転台数Ｎｃよりも小さい場合には（ステップＳ６でＹＥＳ）、運転台数制御装置４は、ステップＳ７により、経過時間ｔｅがオーバーラップ時間Ｔ１を超えるか否かを判定する。経過時間ｔｅがオーバーラップ時間Ｔ１を超える場合には（ステップＳ７でＹＥＳ）、運転台数制御装置４は、ステップＳ８に処理を進める。

ステップＳ８では、運転台数制御装置４は、運転状態のＵＰＳ３のうち累積運転時間が最大のものに対して、ネットワーク２を介して停止指令を出力する。停止指令を受けたＵＰＳ３が停止することで、ＵＰＳ３の運転台数が減少する。

これに対して、最適運転台数Ｎｒが現在の運転台数Ｎｃと一致している場合（ステップＳ６でＮＯ）、運転台数制御装置４はステップＳ９に処理を進める。

ステップＳ９では、運転台数制御装置４は、ステップＳ２で積算した経過時間ｔｅと、ローテーション時間Ｔ２とを比較する。経過時間ｔｅがローテーション時間Ｔ２を超過したと判定されると（ステップＳ９でＹＥＳ）、運転台数制御装置４は、ステップＳ１０に進み、待機状態のＵＰＳ３のうち累積運転時間が最小のものに対してネットワーク２を介して、起動指令を出力する。起動指令を受けたＵＰＳ３が起動することで、ＵＰＳ３の運転台数が増加する。また、運転台数制御装置４は、経過時間ｔｅをクリアする（ｔｅ＝０）。

一方、経過時間ｔｅがローテーション時間Ｔ２を超過していないと判定されると（ステップＳ９でＮＯ）、運転台数制御装置４は、現在運転されているＵＰＳ３を変更しない。

上述したように、この実施の形態１の無停電電源システム１では、負荷７に対して互いに並列に接続された複数のＵＰＳ３が、各ＵＰＳ３の負荷率に基づき、最適運転台数となるように運転台数制御装置４によって制御されている。さらに、この運転台数制御に並行して、所定の時間間隔（ローテーション時間Ｔ２）で待機状態のＵＰＳ３を起動することで、運転すべきＵＰＳ３を変更するローテーションが行なわれる。

図４のフローチャートを用いて、運転すべきＵＰＳ３のローテーションが実現される仕組みについてより詳しく説明する。

図４において、現在の運転台数Ｎｃが最適運転台数Ｎｒと一致し、かつ、経過時間ｔｅがローテーション時間Ｔ２を超過したとき（ステップＳ９にてＹＥＳ）に着目する。

このとき、ＵＰＳ３の運転台数は、負荷率から計算される最適運転台数Ｎｒとなっている。よって、ステップＳ１０にて１台のＵＰＳ３を起動すると、ＵＰＳ３の運転台数は最適運転台数Ｎｒよりも１台多くなる。

その後、最適運転台数Ｎｒが変化しなければ、最適運転台数Ｎｒは現在の運転台数Ｎｃより１台少ないと判定されることになる（ステップＳ６にてＹＥＳ）。この場合、運転台数制御装置４は、経過時間ｔｅがオーバーラップ時間Ｔ１より大きければ（ステップＳ７にてＹＥＳ）、ステップＳ８において１台のＵＰＳ３を停止する。これにより、現在の運転台数を最適運転台数に一致させることができる。

なお、ステップＳ８において、運転台数制御装置４は、直前のステップＳ１０で起動したＵＰＳ３を停止させない構成としてもよい。すなわち、ステップＳ８では、運転状態のＵＰＳ３のうち、直前に起動したＵＰＳ３を除いたＵＰＳ３の中から、累積運転時間が最大のものを停止するようにしてもよい。このようにすると、各ＵＰＳ３の起動および停止の頻度が抑えられるため、起動時または停止時の故障の可能性を減ずるなどの利点がある。これは実施の形態１の変形例１，２、実施の形態２のフローチャート（図５，７，８）においても同様であるので説明を繰り返さない。なお本実施の形態１、実施の形態１の変形例１、実施形態２のタイミングチャート（図３，６，９）については、このような構成を採用している。

また、このローテーションのために起動／停止されるＵＰＳの台数は１台に限定されず、複数台であってもよい。また、このローテーションのために起動／停止されるＵＰＳは、待機状態／起動状態のＵＰＳの一部に限定されず、全てであってもよい。

また、上述のように、運転台数制御装置４は、複数のＵＰＳ３のいずれかに故障が発生した場合には、待機中の全ＵＰＳ３に起動指令が与えられた後にＵＰＳ３の運転台数の制御が停止される。

このため、一旦、すべてのＵＰＳ３が起動されて、それぞれのＵＰＳ３が通常の自立運転を行なう。したがって、システムに不測の事態が発生した場合であっても、安定させた運用を行なうことができる。

以上に説明したように、本実施の形態１に従う無停電電源システムによれば、所定の時間間隔で、運転させる無停電電源装置を変更することができる。従って、各無停電電源装置の運転時間が偏るおそれを解消できる。すなわち、各無停電電源装置の運転状態を積極的に切り替え、運転時間の均等化を行なう無停電電源システムを提供することができる。

［変形例１］
この実施の形態１の変形例１の無停電電源システム１では、負荷率が変わることにより最適運転台数が変化した場合、運転台数制御装置４は、待機状態のＵＰＳを起動するとき、または、運転状態のＵＰＳを停止するときに、合わせて経過時間ｔｅのクリアを行ない、次のローテーションの開始を遅らせる。すなわち、ローテーション期間中に負荷率の変化による運転台数変更があると、次回のローテーションを遅らせる。このことにより、ＵＰＳ３の起動および停止の回数を減らすことで、サージ電流による故障の可能性を低減させることができる。

図５は、この発明の実施の形態１の変形例１の無停電電源システムで実行される、運転台数制御を説明するフローチャートである。図５のフローチャートに示される処理は、運転台数制御装置４により所定周期で実行される。

実施の形態１の変形例１の無停電電源システム１は、実施の形態１の無停電電源システム１と全体構成が同一であり、運転台数制御の処理が一部異なる。図５のフローチャートでは、図４で説明したフローチャートに示す処理のうち、図４と異なるステップＳ５Ｂ，Ｓ８Ｂを主に説明する。

図５を参照して、運転台数制御装置４は、ステップＳ５Ｂで、累積運転時間が最も短いＵＰＳにネットワーク２を介して起動指令を出力すると共に、経過時間ｔｅのクリアを行なう。また、ステップＳ８Ｂでは、累積運転時間が最も長いＵＰＳにネットワーク２を介して停止指令を出力すると共に、経過時間ｔｅのクリアを行なう。

次に、図６を用いて、本実施の形態１の変形例１に従う無停電電源システム１による運転台数制御の動作例を説明する。図６のタイミングチャートでは、図３で説明したタイミングチャートに示す動作のうち、図３と異なるｔ２７，２８，３２，３３を主に説明する。

図６と図３とを比較して、図６の時刻ｔ２０〜２６，２９〜３１，３４〜３５の動作は図３の時刻ｔ０〜６，９〜１１，１４〜１５の動作と同じである。

図６では、時刻ｔ２７において、負荷率が増加し、最適運転台数が３台から４台に増えた場合、待機中のＵＰＳ３２，３３のうち、累積運転時間のより短いＵＰＳ３２が起動される。同時に経過時間ｔｅがクリアされる。

運転台数が増えたときに経過時間ｔｅをクリアしたことにより、次にローテーションが行なわれるのは、時刻ｔ２７からローテーション時間Ｔ２が経過した時刻ｔ２８になる。この時刻ｔ２８は、図３の時刻ｔ８に比べて遅くなる。

時刻ｔ３２において、負荷率が減少し、最適運転台数が４台から３台に減少すると、運転中のＵＰＳ３１，３２，３４，３５のうち、最も累積運転時間の長いＵＰＳ３２が停止される。同時に、経過時間ｔｅがクリアされる。

運転台数が減少したときに経過時間ｔｅをクリアしたことで、次にローテーションが行なわれるのは、時刻ｔ３２からローテーション時間Ｔ２が経過した時刻ｔ３３になる。この時刻ｔ３３は図３の時刻ｔ１３に比べて遅くなる。

以上のように、本変形例１の無停電電源システムでは、運転台数制御装置４は、運転台数が変化したときに経過時間ｔｅのクリアを行なう。本実施の形態では、運転台数を変更する際、各ＵＰＳの累積運転時間に基づいて起動または停止させるＵＰＳを選択しているため、運転台数の変更は、ローテーションと同様に、各ＵＰＳ３の累積運転時間の均等化に貢献している。すなわち、負荷変動による台数制御は実質的にローテーションに相当する。したがって、同様の効果を持つローテーションの頻度を減らすことは合理的である。また、ＵＰＳ３の起動および停止回数を減らすことで、起動および停止に伴うサージ電流等を抑制し、ＵＰＳ３の劣化を抑制できる。

他の構成および作用効果については、実施の形態１と同様であるので説明をくり返さない。

［変形例２］
この実施の形態１の変形例２の無停電電源システム１では、最適運転台数が変化した場合、またはローテーションを行なう場合において、運転台数制御装置４は、各ＵＰＳ３の累積運転時間に関係なく、待機状態のＵＰＳ３のいずれかを起動する、もしくは、運転状態のＵＰＳのいずれかを停止する。このことにより、よりシンプルな構成のＵＰＳ３でもローテーションが実現できる。

図７は、この発明の実施の形態１の変形例２の無停電電源システム１で実行される、運転台数制御を説明するフローチャートである。図７のフローチャートに示される処理は、運転台数制御装置４により、所定周期で実行される。

実施の形態１の変形例２の無停電電源システム１は、実施の形態１の無停電電源システム１と全体構成が同一であり、台数制御の処理が一部異なる。図７のフローチャートでは、図４で説明したフローチャートに示す動作のうち、図４と異なるステップＳ５Ｃ，Ｓ８Ｃ，Ｓ１０Ｃを主に説明する。

図７を参照して、運転台数制御装置４は、ステップＳ５Ｃで、待機状態のＵＰＳ３のいずれかに対してネットワーク２を介して、起動指令を出力する。また、ステップＳ８Ｃでは、運転台数制御装置４は、運転状態のＵＰＳ３のいずれかに対して、ネットワーク２を介して停止指令を出力する。同様に、ステップＳ１０Ｃでは、運転台数制御装置４は、待機状態のＵＰＳ３のいずれかに対して、ネットワーク２を介して起動指令を出力するとともに、ｔｅのクリアを行なう。

ステップＳ５Ｃ，Ｓ８Ｃでは、たとえば、待機中のＵＰＳ３からランダムに選んだＵＰＳ３に対して起動指令を出力してもよい。ステップＳ１０Ｃでは、たとえば、運転中のＵＰＳ３からランダムに選んだＵＰＳ３に対して停止指令を出力してもよい。

すなわち、この実施の形態１の変形例２の運転台数制御装置４は、実施の形態１と異なり、各ＵＰＳ３の累積運転時間に関係なく、起動もしくは停止するＵＰＳを選択する。このことにより、累積運転時間を計算、記憶、出力する必要がなくなるので、よりシンプルな構成のＵＰＳ３でも、ローテーションの機能を実行することが可能になる。

他の構成および作用効果については、実施の形態１と同様であるので説明をくり返さない。

［実施の形態２］
実施の形態１の無停電電源システム１では、待機状態のＵＰＳ３のうち、最も累積運転時間が短いＵＰＳ３を起動するように構成されるため、複数のＵＰＳ３の中に他のＵＰＳに比べて著しく累積運転時間が長いＵＰＳ３が存在する場合には、当該ＵＰＳ３が起動することなく、長時間待機状態に維持されてしまう場合がある。この場合、当該ＵＰＳ３に故障が生じていても、その故障を検出できない。すなわち、無停電電源システム１の健全性を評価することが困難となる。

この実施の形態２の無停電電源システム１では、負荷率の増加によりＵＰＳ３の最適運転台数が増えた場合、もしくは、ローテーションを行なう場合、待機状態のＵＰＳ３のうち、待機状態を維持している時間（待機時間）が最も長いＵＰＳ３を起動する。このことにより、累積運転時間が長いために、待機状態が継続しているＵＰＳ３を運転する機会を作ることができる。これにより、無停電電源システム１の健全性を評価することができる。

図８は、この発明の実施の形態２の無停電電源システム１で実行される、運転台数制御を説明するフローチャートである。図８のフローチャートに示される処理は、運転台数制御装置４により、所定周期で実行される。

実施の形態２の無停電電源システム１は、実施の形態１の無停電電源システム１と全体構成が同一であり、運転台数制御が一部異なる。図８のフローチャートでは、図４で説明したフローチャートに示す動作のうち、図４と異なるステップＳ５Ｄ，Ｓ１０Ｄを主に説明する。

図８のフローチャートでは、ステップＳ５Ｄでは、運転台数制御装置４は、待機状態のＵＰＳ３のうち、最も待機時間が長いＵＰＳ３に対してネットワーク２を介して、起動指令を出力する。また、ステップＳ１０Ｄでは、運転台数制御装置４は、最も待機時間が長いＵＰＳ３に対してネットワーク２を介して起動指令を出力すると共に、経過時間ｔｅのクリアを行なう。

次に、図９を用いて、本実施の形態２に従う無停電電源システム１による運転台数制御の動作例を説明する。

図９の例では、無停電電源システム１の起動時（時刻ｔ４０）における各ＵＰＳ３の累積運転時間は、ＵＰＳ３１〜３４は０であり、ＵＰＳ３５のみ著しく長い場合を考える。たとえば、ＵＰＳ３１〜３４はいずれも新品であるのに対し、ＵＰＳ３５は中古品である。

最初に、比較例として実施の形態１に従う無停電電源システム１による運転台数制御の動作を説明する。

時刻ｔ４０において、無停電電源システム１の運転台数制御が開始されると、この時点でのＵＰＳ３１〜３４の累積運転時間はすべて０であるので、装置番号の小さい３台のＵＰＳ３（ＵＰＳ３１〜ＵＰＳ３３）が起動される。

時刻ｔ４１では、時刻ｔ４０からの経過時間ｔｅがローテーション時間Ｔ２に達したので、運転台数制御装置４は、運転すべきＵＰＳ３をローテーションさせる。すなわち、停止中のＵＰＳ３のうち、最も累積運転時間の短いもの、すなわちＵＰＳ３４が起動される。

時刻ｔ４１からオーバーラップ時間Ｔ１が経過した時刻ｔ４２では、運転台数制御装置４は、停止すべきＵＰＳを選択する。ここでは、負荷率が一定なので、最適運転台数は３台である。運転台数制御装置４は、運転状態のＵＰＳ３のうち、最も累積運転時間の長いＵＰＳ３に停止命令を出す。ただし、ＵＰＳ３１〜３３の累積運転時間は等しいので、最も装置番号の小さいＵＰＳ３１が停止され、ＵＰＳ３の運転台数は再び３台に戻る。

時刻ｔ４１からローテーション時間Ｔ２が経過した時刻ｔ４３において、運転台数制御装置４は運転すべきＵＰＳ３をローテーションさせる。ここで、待機状態のＵＰＳ３のうち、最も累積運転時間が短いＵＰＳ３１が起動される。

時刻ｔ４４以降も同様にして、ＵＰＳ３５に比べて累積運転時間が短いＵＰＳ３１〜３４のみが順番に起動される。したがって、ＵＰＳ３１〜３４の累積運転時間は均等化され、かつ、ＵＰＳ３５の累積運転時間にも近づくため、無停電電源システム１全体の累積運転時間は均等化する。しかし、一方で、ＵＰＳ３１〜３４の累積運転時間がＵＰＳ３５の累積運転時間とほぼ均等になるまでは、ＵＰＳ３５は全く起動されない。そのため、万一ＵＰＳ３５において故障が生じていても、故障を検出できないおそれがある。

このような問題を解決するために、本実施の形態２では、図８のフローチャートで示したような、いずれかのＵＰＳ３を起動する際に、待機状態のＵＰＳのうち、待機時間の長いＵＰＳ３を起動する構成を採用する。

図９（Ｂ）は本願実施の形態２に従う無停電電源システム１による運転台数制御の動作例であり、各ＵＰＳ３の起動時の累積運転時間は図９（Ａ）と同じである。

時刻ｔ４０において、運転台数制御が開始されると、この時点でのＵＰＳ３１〜３５の待機時間はすべて０であるので、装置番号の小さい３台のＵＰＳ３（ＵＰＳ３１〜ＵＰＳ３３）が起動される。

時刻ｔ４０からローテーション時間Ｔ２が経過した時刻ｔ４１においては、運転台数制御装置４は、待機時間の長いＵＰＳ３４，３５のうち、装置番号の小さいＵＰＳ３４を起動する。

時刻ｔ４１からオーバーラップ時間Ｔ１が経過した時刻ｔ４２においては、運転台数制御装置４は、運転状態のＵＰＳ３１〜３３のうち、最も番号の小さいＵＰＳ３１を停止する。

時刻ｔ４１からローテーション時間Ｔ２が経過した時刻ｔ４３においては、運転台数制御装置４は、待機状態のＵＰＳ３１，３５のうち、待機時間の長いＵＰＳ３５を起動する。

時刻ｔ４３からオーバーラップ時間Ｔ１が経過した時刻ｔ４４においては、運転台数制御装置４は、運転状態のＵＰＳ３（直前に起動されたＵＰＳ３５を除く）の中で累積運転時間の最も長いＵＰＳ３２，３３のうち、より装置番号の小さいＵＰＳ３２を停止する。

時刻ｔ４３からローテーション時間Ｔ２が経過した時刻ｔ４５においては、運転台数制御装置４は、待機状態のＵＰＳ３１，３２のうち、待機時間の長いＵＰＳ３１を起動する。

時刻ｔ４３からオーバーラップ時間Ｔ１が経過した時刻ｔ４４においては、運転台数制御装置４は、運転状態のＵＰＳ３のうち、累積運転時間の最も長いＵＰＳ３５を停止する。

時刻ｔ４４以降も同様にして、運転台数制御装置４は、累積運転時間が短いＵＰＳ３１〜３４が主に運転するが、累積運転時間が長いＵＰＳ３５も、待機時間が他のＵＰＳよりも長くなることで、一時的に運転する。したがって、実施の形態１と同様に、ＵＰＳ３１〜３４の累積運転時間が均等化され、かつ、該累積運転時間はＵＰＳ３５の累積運転時間にも近づくため、無停電電源システム１全体の累積運転時間を均等化することができる。さらに、累積運転時間の著しく長いＵＰＳ３５に故障が生じていても、ＵＰＳ３５を運転したときに故障を検出することができる。したがって、無停電電源システム１の健全性を確保できる。

すなわち、この実施の形態２の運転台数制御装置４は、実施の形態１の作用効果に加えて、さらに、累積運転時間が長い故に待機時間が長くなっているＵＰＳ３を一時的に運転することができる。このことにより、累積運転時間が他のＵＰＳ３より著しく長いＵＰＳ３についても、正常に動作することを確認することができる。この結果、無停電電源システム１の健全性を確保することができる。

他の構成および作用効果については、実施の形態１と同様であるので説明をくり返さない。

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。

１ 無停電電源システム、２ ネットワーク、３，３１〜３５ ＵＰＳ、４ 運転台数制御装置、５ ネットワークインタフェース、６ 筐体、７ 負荷、８ 筐体、９ 制御部、１０ 交流電源、１１ 接続端子、１２ コンバータ、１３ 平滑コンデンサ、１４ インバータ、１５ 蓄電池、１６ バッテリ端子、１７ チョッパ回路、１８ 電圧センサ、１９ 電流センサ、２０ 負荷接続端子。

Claims (5)

1. 負荷に対して並列接続される複数の無停電電源装置と、
   前記複数の無停電電源装置のうちの前記負荷に電力を供給するために必要な台数の前記無停電電源装置を運転させるとともに、残りの前記無停電電源装置を停止させて待機状態とするように構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、所定の時間間隔で、前記待機状態の無停電電源装置の少なくとも一部を起動させるように構成され、
   前記制御装置は、前記待機状態の無停電電源装置の少なくとも一部を起動させてからの経過時間を積算し、前記経過時間の積算値が前記所定の時間間隔に達したときに、前記待機状態の無停電電源装置の少なくとも一部を起動する一方で、
   前記負荷に電力を供給するために必要な台数が変化したときには、前記経過時間の積算値をクリアする、無停電電源システム。
2. 前記制御装置は、
   前記待機状態の無停電電源装置の少なくとも一部の無停電電源装置を起動させた後に、
   運転状態の無停電電源装置の少なくとも一部の無停電電源装置を停止させるように構成される、請求項１に記載の無停電電源システム。
3. 前記制御装置は、
   前記複数の無停電電源装置の各々の運転時間を累積するように構成され、
   前記制御装置は、運転状態の無停電電源装置のうち、累積運転時間が長い前記無停電電源装置を停止させるように構成される、請求項１または２に記載の無停電電源システム。
4. 前記制御装置は、
   前記複数の無停電電源装置の各々の運転時間を累積するように構成され、
   前記制御装置は、前記待機状態の無停電電源装置のうち、累積運転時間が短い前記無停電電源装置を起動させるように構成される、請求項１または２に記載の無停電電源システム。
5. 前記制御装置は、前記複数の無停電電源装置の各々が停止されてから待機状態を継続している待機時間を計測するように構成され、
   前記制御装置は、前記待機状態の無停電電源装置のうち、前記待機時間が長い前記無停電電源装置を起動させるように構成される、請求項１または２に記載の無停電電源システム。

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