JP2000322134A - 電源システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性が高くかつ安定した電力の供給が可能
な電源システムを提供する。 【解決手段】 電源システムに備えた複数の整流器ユニ
ット１２には、出力電流を検出する出力電流検出回路２
０が備えられ、その検出結果がコントローラ１３に備え
たＣＰＵ２１に取り込まれている。そして、ＣＰＵ２１
は、最大電流を出力する整流器ユニット１２と、最小電
流を出力する整流器ユニット１２とを検出し、それら両
整流器ユニット１２に補正信号を送って、最大電流を下
げ、かつ、最小電流を上げる。そして、最大電流と最小
電流との差が所定の閾値より小さくなるまで、この動作
が繰り返される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流電源装置を並
列運転して負荷に電力を供給しつつ各直流電源装置の出
力電流の平衡化を図った電源システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】直流電源装置の並列運転は、オーバーフ
ロー方式が一般的であるが、オーバーフロー方式は各直
流電源装置毎に負荷分担率が異なっているため、直流電
源装置の構成部品の温度上昇が異なり、そのため直流電
源装置の寿命に相違が生じてしまう。一方、負荷分担率
を同じになるように調整しようとすると、直流電源装置
の出力インピーダンスが非常に低いため、各直流電源装
置の出力電圧を極めて精密に一致させる必要があり、か
なりの労力を要する。また、調整後の経年変化、負荷変
動などのために電流バランス状態を長期にわたって維持
することはできない。

【０００３】これらの問題に対処する従来の電源システ
ムとして、平均電流制御方式が知られている。この方式
は、システムに備えた直流電源装置の出力電流の平均値
に、各直流電源装置の出力電流を合わせるように制御す
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た方式では、いずれかの直流電源装置が故障したとき
に、その直流電源装置の故障を検出し、正常な直流電源
装置の出力電流を負荷に合わせるように再分配する必要
があるので、故障時の過渡特性が悪くなるという問題が
あった。本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、
信頼性が高くかつ安定した電力の供給が可能な電源シス
テムの提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る電
源システムは、少なくとも２つ以上の直流電源装置を並
列運転して負荷に電力を供給すると共に、直流電源装置
の出力電流を平衡化させる電源システムにおいて、各直
流電源装置に設けられて、与えられた目標電圧と直流電
源装置の出力電圧との偏差に基づいて、出力電圧をフィ
ードバック制御する第１出力電圧制御手段と、基準電圧
を出力する基準電圧回路と、各直流電源装置に対応した
補正電圧を基準電圧に加算して、各直流電源装置毎に目
標電圧を生成する第２出力電圧制御手段と、各直流電源
装置の出力電流を検出する電流検出手段と、電流検出手
段の検出結果に基づき、全部の直流電源装置のうち最大
電流を出力する直流電源装置と、最小電流を出力する直
流電源装置とを検出する直流電源装置検出手段とを備
え、第２出力電圧制御手段は、最大電流を出力する直流
電源装置の出力電圧を下げかつ最小電流を出力する直流
電源装置の出力電圧を上げるように目標電圧を生成し
て、最大電流と最小電流との差を所定の閾値内に収める
ように構成されたところに特徴を有する。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１記載の電源シ
ステムにおいて、補正電圧は、全部の直流電源装置に共
通する一括補正電圧と、個々の直流電源装置に対応する
加減電圧とを合わせてなり、一括補正電圧は、設定手段
により、全部の直流電源装置に関して一括変更可能とな
っているところに特徴を有する。

【０００７】

【発明の作用及び効果】＜請求項１の発明＞本発明の電
源システムでは、直流電源装置検出手段が、最大電流を
出力する直流電源装置と、最小電流を出力する直流電源
装置とを検出し、その検出結果に基づいて、出力電圧補
正手段が、各直流電源装置の出力電圧を調整し、その結
果、最大電流と最小電流との差が縮まる。そして、最大
電流と最小電流との差が所定の閾値より小さくなるま
で、この動作が行われる。このようにして、各直流電源
装置の出力電流が平衡化され、それら各直流電源装置の
構成部品の温度上昇を均一にすることができるから、各
直流電源装置の寿命がほぼ同じになり、電源システムの
信頼性が向上する。

【０００８】＜請求項２の発明＞設定手段を操作するこ
とにより、出力電圧補正手段から出力される全部の補正
電圧に含まれる一括補正電圧が一括してオフセットさ
れ、もって電源システム全体の出力電圧を調整すること
ができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１〜
図５に基づいて説明する。本実施形態の電源システム
は、図１に示すように、複数の整流器ユニット１２（本
発明の直流電源装置に相当する。以下、適宜、「ユニッ
ト１２」という）を並列接続して、その入力側にノイズ
フィルタ３２を介して交流電圧を入力するための入力端
子を設ける一方、出力側には蓄電池１０を介して負荷を
接続するための出力端子を設け、さらに、各整流器ユニ
ット１２から延びた複数の信号線を電流バランスコント
ローラ１３（以下、「コントローラ１３」という）に接
続してなる。

【００１０】整流器ユニット１２は、少なくとも２台以
上からなり、より詳細には、本システム全体の定格容量
に必要なＮ台の整流器ユニット１２に予備としての１台
の整流器ユニット１２を加えたいわゆるＮ＋１台方式の
冗長系を採用して、信頼性を向上させてある。

【００１１】そして、各整流器ユニット１２に設けられ
た出力電圧制御回路１６（図２参照）が、その整流器ユ
ニット１２の出力電圧をフィードバック制御している。
より具体的には、図３に示すように、出力電圧制御回路
１６に内蔵したＯＰアンプ１７のマイナス入力端子に
は、整流器ユニット１２の出力電圧ＶT が分圧回路３０
を介して入力される一方、ＯＰアンプ１７のプラス入力
端子には、コントローラ１３から出力されたＰＷＭ信号
（後述の基準電圧調整信号Ｈ）をＣＲ積分回路１９でア
ナログ化した補正電圧ＶH と、基準電圧回路１８から出
力された基準電圧ＶRfとが加算回路３３にて加算されて
入力される。そして、出力電圧制御回路１６は、基準電
圧ＶRfと補正電圧ＶH とを加えた電圧（ＶRf＋ＶH ）
と、出力電圧ＶT との電位差に基づき、整流器ユニット
１２の出力電圧を制御する。

【００１２】各整流器ユニット１２には、自身の出力電
流を検出する出力電流検出回路２０（図２参照）が備え
られ、その検出結果を次述のコントローラ１３に出力す
る。

【００１３】コントローラ１３には、図２に示すよう
に、ＣＰＵ２１が備えられ、このＣＰＵ２１の入出力ポ
ートに、各ユニット１２の信号線が接続されている。そ
して、ＣＰＵ２１に、各出力電流検出回路２０の検出結
果と、各ユニット１２の運転信号とが送られる。

【００１４】ＣＰＵ２１は、各出力電流検出回路２０か
ら送られた検出結果を比較し、全ユニット１２のうち最
大電流を出力する整流器ユニット１２と、最小電流を出
力する整流器ユニット１２とを検出する。また、その最
大電流と最小電流との差が所定の閾値より小さいか否か
を判別する。

【００１５】ＣＰＵ２１は、各整流器ユニット１２に対
応した基準電圧調整信号Ｈを生成し、これら基準電圧調
整信号Ｈがコントローラ１３から一括して出力される。
この各基準電圧調整信号Ｈは、電圧一括設定用の一括補
正値Ｈ0 と、個々のユニット１２に対応して加減される
加減定数Ｈ1 とを合わせた値に対応する内容をなし、コ
ントローラ１３からＰＷＭ信号として出力される。詳細
については、以下の動作説明にて述べる。

【００１６】次に、本実施形態の電源システムの動作を
説明する。電源システムを起動すると、ＣＰＵ２１が、
一括補正値Ｈ0 に基づいて生成した各基準電圧調整信号
Ｈを全部の整流器ユニット１２に一括して送る。する
と、基準電圧調整信号Ｈは、ＣＲ積分回路１９（図３参
照）にてアナログの補正電圧ＶH に変換される。ここ
で、全てのユニット１２における補正電圧ＶH は、共に
一括補正値Ｈ0 に対応したＶH0（本発明の「一括補正電
圧」に相当する）となっているから、これが基準電圧Ｖ
Rfと加算されて、各ユニット１２の出力電圧制御回路１
６に同一の目標電圧（ＶRf＋ＶH0）として取り込まれ
る。そして、全ユニット１２の出力電圧制御回路１６
は、同じ目標電圧（ＶRf＋ＶH0）を受けて、それに応じ
た出力電圧を整流器ユニット１２から出力させる。

【００１７】ところで、整流器ユニット１２の出力イン
ピーダンスは非常に小さいので、各ユニット１２間の出
力電圧の僅かなばらつきにより、各ユニット１２の電流
分担に大きな差が生じる。また、仮にばらつきが小さく
ても、経年変化、負荷変動などにより、電流分担に差が
生じてくる。

【００１８】その具体例として、図４には、本電源シス
テムが、例えばＮｏ１〜Ｎｏ５の５つの整流器ユニット
１２を並列運転する場合において、各ユニット１２の出
力電流の検出結果と、ＣＰＵ２１から各ユニット１２に
対して出力された補正信号とが時刻を追って示され、図
５には、図４の各時刻に対応した各ユニット１２の出力
電流の推移がグラフとして示されている。

【００１９】以下、図４及び図５に基づいた本システム
の動作を説明すると、時刻１は、本電源システムの起動
直後であり、コントローラ１３はバランス動作を行って
おらず、この結果、図４及び図５の時刻１における各ユ
ニット１２の出力電流はばらついたままとなる。

【００２０】各ユニット１２の出力電流検出回路２０
は、この電流値を検出してコントローラ１３のＣＰＵ２
１に送る。すると、ＣＰＵ２１は、最大電流を出力して
いる整流器ユニット１２の番号Ｎｏ１と、最小電流を出
力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ５とを検出す
る。また、ＣＰＵ２１は、最大電流の値（Ｉ0 ＋３）ア
ンペアと、最小電流の値（Ｉ0 −２．５）アンペアとの
差が、閾値により大きいか否かを判別する。ここで、閾
値を２アンペアとすると、最大電流と最小電流との差
は、（Ｉ0 ＋３）−（Ｉ0 −２）＝５アンペアであるか
ら、閾値２アンペアより大きいと判別され、ＣＰＵ２１
は以下のバランス動作を行う。

【００２１】即ち、ＣＰＵ２１は、一括補正値Ｈ0 から
加減常数Ｈ1 を引いた値（Ｈ0−Ｈ1）に対応させて、Ｎ
ｏ１の整流器ユニット１２に与える基準電圧調整信号Ｈ
を新たに生成する一方、一括補正値Ｈ0 に加減常数Ｈ1
を加えた値（Ｈ0＋Ｈ1）に対応させて、Ｎｏ５の整流器
ユニット１２に与える基準電圧調整信号Ｈを新たに生成
する。また、Ｎｏ２，Ｎｏ３，Ｎｏ４の各ユニット１２
に与える各基準電圧調整信号Ｈは、現状のままとし、こ
れら基準電圧調整信号Ｈを、時刻２に一斉に各コンバー
タＮｏ１〜Ｎｏ５に与える。

【００２２】Ｎｏ１のユニット１２に送られた基準電圧
調整信号Ｈが、ＣＲ積分回路１９にてアナログの補正電
圧ＶH に変換されると、この補正電圧ＶH は、一括補正
値Ｈ0に対応した成分ＶH0（本発明の「一括補正電圧」
に相当する）から、加減常数Ｈ1 に対応した成分ＶH1
（本発明の「加減電圧」に相当する）を引いた電圧値
（ＶH0−ＶH1）となり、これが基準電圧ＶRfと加算され
て目標電圧（ＶRf＋ＶH0−ＶH1）として出力電圧制御回
路１６に取り込まれる。出力電圧制御回路１６は、その
目標電圧（ＶRf＋ＶH0−ＶH1）に基づき、その出力電圧
を制御するから、目標電圧が（ＶRf＋ＶH0）であったと
きに比べて、出力電圧が加減電圧ＶH1に対応した分だけ
１段階下がり、これに伴ってＮｏ１から出力されていた
最大電流が１段階、例えば１．５アンペア下がる。

【００２３】一方、Ｎｏ５のユニット１２では、上記し
たＮｏ１の場合とは逆に、補正電圧ＶH が、一括補正値
Ｈ0に対応した成分ＶH0に、加減常数Ｈ1 に対応した成
分ＶH1を加えた電圧値（ＶH0−ＶH1）となり、これが基
準電圧ＶRfと加算されて目標電圧（ＶRf＋ＶH0＋ＶH1）
として出力電圧制御回路１６に取り込まれるから、目標
電圧が（ＶRf＋ＶH0）であったときに比べて、出力電圧
が加減電圧ＶH1に対応した分だけ１段階上げられ、これ
に伴ってＮｏ５から出力されていた最小電流が１段階、
例えば１．５アンペア上がる。

【００２４】また、Ｎｏ２，Ｎｏ３，Ｎｏ４のユニット
１２では、補正電圧ＶH が、一括補正値Ｈ0に対応した
成分ＶH0のみで構成され、目標電圧は（ＶRf＋ＶH0）の
ままで現状とかわらないから、従って、出力電圧も出力
電流も変化しない。

【００２５】次いで、時刻３に、各ユニット１２の出力
電流値がＣＰＵ２１に与えられると、ＣＰＵ２１は、最
大電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ１
と、最小電流を出力している整流器ユニット１２の番号
Ｎｏ４とを検出すると共に、最大電流の値（Ｉ0 ＋１．
５）アンペアと、最小電流の値（Ｉ0 −１．５）アンペ
アとの差（３アンペア）が、閾値２アンペアよりも大き
いと判別する。

【００２６】そして、Ｎｏ１のユニット１２に与えてい
る基準電圧信号Ｈの内容（Ｈ0-Ｈ1）を、更にもう１段
下げるべく、一括補正値Ｈ0 から加減常数Ｈ1 を２つ引
いた値（Ｈ0−２Ｈ1）に対応させて、Ｎｏ１のユニット
１２に与える基準電圧調整信号Ｈを生成する一方、Ｎｏ
４のユニット１２に与えている基準電圧信号Ｈの内容
（Ｈ0）を１段上げるべく、一括補正値Ｈ0 に加減常数
Ｈ1 を加えた値（Ｈ0＋Ｈ1）に対応させて、Ｎｏ４の整
流器ユニット１２に与える基準電圧調整信号Ｈを生成す
る。また、Ｎｏ２，Ｎｏ３，Ｎｏ５の各ユニット１２に
与える各基準電圧調整信号Ｈの内容は、現状のままと
し、これら基準電圧調整信号Ｈを、時刻４に一斉に各コ
ンバータＮｏ１〜Ｎｏ５に与える。

【００２７】すると、Ｎｏ１のユニット１２の出力電流
がさらに１段階下がり、Ｎｏ４のユニット１２の出力電
流が１段階上がる（図５参照）。

【００２８】時刻５に、各ユニット１２の出力電流値が
ＣＰＵ２１に与えられると、ＣＰＵ２１は、最大電流を
出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ２と、最小
電流を出力している整流器ユニット１２の番号Ｎｏ５と
を検出する。ところが、最大電流の値（Ｉ0 ＋０．５）
アンペアと、最小電流の値（Ｉ0 −０．５）アンペアと
の差（１アンペア）が、閾値２アンペアよりも小さいか
ら、ＣＰＵ２１は、Ｎｏ１〜Ｎｏ５の各ユニット１２へ
の基準電圧調整信号Ｈの内容をそのままにして、それら
を時刻６に一斉に各ユニット１２に与える。以下、これ
を繰り返す。

【００２９】ところで、電源システムの出力電圧を調整
したい場合には、コントローラ１３に備えた一括設定ス
イッチ２３を操作すればよい。すると、一括補正値Ｈ0
の内容が変更され、これに伴って全ユニット１２の出力
電圧制御回路１６に与えられる補正電圧ＶH に含まれる
一括補正電圧ＶH0が一括にオフセットされ、もって電源
システム全体の出力電圧が調整される。

【００３０】このように本実施形態の電源システムによ
れば、各整流器ユニット１２の出力電流を平衡化するこ
とができるから、各ユニット１２間の構成部品の温度上
昇が均一化され、各ユニット１２の寿命がほぼ同じにな
り、電源システムの信頼性が向上する。しかも、電流平
衡化のための平均値算出を必要としないから、故障時に
も安定した電力供給が可能となる。また、本電源システ
ムでは、一括設定スイッチ２３により各ユニット１２の
出力電圧を一括に変更できるから、電流分担を均一に保
ちつつ各整流器ユニット１２の出力電圧を調整すること
ができる。これにより、従来のオーバーフロー方式では
ユニット台数の増加に伴って各ユニットの出力電圧の調
整の手間が大幅に増大する傾向があったところ、本実施
形態ではこれを簡略化できる。

【００３１】＜他の実施形態＞本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。

【００３２】（１）前記実施形態では、全ての整流器ユ
ニット１２に一括して補正信号Ｈ0を与えることを前提
としていたが、最大及び最小電流を出力する整流器ユニ
ットにのみ加減定数Ｈ１を与える構成としてもよい。

【００３３】（２）前記実施形態では、１つの電流バラ
ンスコントローラ１３で、複数の整流器ユニット１２を
集中制御していたが、例えば、各整流器ユニット毎に電
流バランスコントローラを備えて、これら複数のコント
ローラでいわゆる分散制御を行う構成としてもよい。こ
の場合、各コントローラ同士が互いにデータを比較し合
って、最大電流と最小電流を出力しているユニットを検
出し、それらのユニットのコントローラが各ユニットの
出力電圧を調整すればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る電源システムのブロ
ック図

【図２】整流器ユニットとコントローラとの関係を示す
ブロック図

【図３】電圧制御回路の一部を示す回路図

【図４】各時刻ごとの出力電流値と補正信号の内容をま
とめたデータテーブル

【図５】各コンバータの出力電流の推移を示すグラフ

【符号の説明】

１２…整流器ユニット（直流電源装置） １３…電流バランスコントローラ １６…出力電圧制御回路（第１出力電圧制御手段） １８…基準電圧回路 １９…ＣＲ積分回路（第２出力電圧制御手段） ２０…出力電流検出回路 ２３…一括設定スイッチ（設定手段） ２１…ＣＰＵ（直流電源装置検出手段、第２出力電圧制
御手段） Ｈ…基準電圧調整信号 Ｈ0…一括補正値 Ｈ1…加減常数 ＶH…補正電圧 ＶH0…一括補正電圧 ＶH1…加減電圧 ＶRf…基準電圧 ＶT…出力電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G065 AA00 DA01 DA06 EA06 HA04 HA07 HA20 JA07 LA01 LA02 MA09 5H410 BB04 BB05 CC03 DD02 EA38 EB25 EB40 FF03 FF05 FF25 GG02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２つ以上の直流電源装置を並
   列運転して負荷に電力を供給すると共に、前記直流電源
   装置の出力電流を平衡化させる電源システムにおいて、 前記各直流電源装置に設けられて、与えられた目標電圧
   と前記直流電源装置の出力電圧との偏差に基づいて、前
   記出力電圧をフィードバック制御する第１出力電圧制御
   手段と、 基準電圧を出力する基準電圧回路と、 前記各直流電源装置に対応した補正電圧を前記基準電圧
   に加算して、前記各直流電源装置毎に前記目標電圧を生
   成する第２出力電圧制御手段と、 前記各直流電源装置の出力電流を検出する電流検出手段
   と、 前記電流検出手段の検出結果に基づき、全部の前記直流
   電源装置のうち最大電流を出力する直流電源装置と、最
   小電流を出力する直流電源装置とを検出する直流電源装
   置検出手段とを備え、 前記第２出力電圧制御手段は、前記最大電流を出力する
   直流電源装置の出力電圧を下げかつ前記最小電流を出力
   する直流電源装置の出力電圧を上げるように前記目標電
   圧を生成して、前記最大電流と前記最小電流との差を所
   定の閾値内に収めるように構成されたことを特徴とする
   電源システム。
2. 【請求項２】 前記補正電圧は、全部の前記直流電源装
   置に共通する一括補正電圧と、個々の前記直流電源装置
   に対応する加減電圧とを合わせてなり、 前記一括補正電圧は、設定手段により、全部の前記直流
   電源装置に関して一括変更可能となっていることを特徴
   とする請求項１に記載の電源システム。