JP2008259254A - 直流配電システム - Google Patents

Abstract

【課題】直流電源と直流機器との電力の需給バランスをあらかじめ判定し、電力の供給能力の範囲内であるときに直流機器の使用を許可することで過負荷を予防する。
【解決手段】直流電源１は電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃを介して直流機器２に直流電力を供給する。直流機器２は、動作時の使用電力の指標値を保有する情報保有部２２と、情報保有部２２が保有する指標値を直流電源に送信する機器通信部２１とを備える。また、直流電源１は、直流電力を供給する電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃに接続されている直流機器２と通信して指標値を取得する電源通信部１１と、直流電源１から供給可能な供給電流値を設定する供給電流設定部１３と、電源通信部１１が取得した指標値に基づいて要求電流値を求める要求電流算出部１４とを備える。許可判断部１５は、要求電流値が供給電流値を超えないときに直流機器２の使用を許可する。
【選択図】図１

Description

本発明は、宅内やビル内において直流電源から負荷機器である直流機器に電力供給線路を通して直流の配電を行う直流配電システムに関するものである。

一般に、電気機器に電力を供給する際には、建物内に先行配線された電力供給線路を介して交流電力を供給している。一方、電気機器において動力や熱を利用する場合を除けば、内部回路に直流電力を供給する場合が多く、音響、映像、通信などの情報を扱う機能を主とした電気機器では、交流電力を直流電力に変換する電力変換アダプタを備えるものも多くなってきている。その結果、この種の電気機器を扱うために多くの電力変換アダプタをコンセントに接続することになり、電気機器の周辺が乱雑になりやすいという問題を有している。このような問題を解決するために、先行配線によって直流電力を供給することが考えられている（たとえば、特許文献１参照）。先行配線した電力供給線路を用いて直流電力を供給すれば、電力変換アダプタが不要になり、電気機器の周辺が乱雑になるのを防止することができる。
特開２００３−２７４５４２号公報

ところで、先行配線により交流電力を供給する場合には、分電盤内に配置したブレーカなどを用いて電力供給線路に供給する電流を定格値として制限しており、ブレーカに接続された電力供給線路に流れる電流が定格値より大きくなると、ブレーカを電流値に応じたタイミングで遮断することによって、電力供給線路や電気機器を保護するとともに、過負荷が電源に影響するのを防止している。

一方、直流電力を用いる電気機器（以下では、「直流機器」と呼ぶ）は、上述したように情報を扱う機能が多く、たとえば、防犯や防災の目的で用いる直流機器も存在しており、この種の直流機器が動作を停止すると防犯や防災の目的を達成できなくなる。また、宅内網や広域網のような通信網を通して連携動作させる直流機器（たとえば、スイッチと負荷との連携動作）では、直流電力を確保することができなければ動作不能になる。

したがって、電力供給線路の短絡のように電力供給線路の過熱などの危険がある場合を除けば、ブレーカのように過負荷で電力供給を遮断する構成を採用することによってすべての直流機器の動作を停止させてしまう保護動作は機能させないほうが望ましい。さらに、電力供給線路に常時接続している直流機器であれば、電力供給線路に供給する最大電流は既知であるから、電力供給線路で過負荷が生じないように配線設計を行うことができるが、電力供給線路に対して着脱可能な直流機器を使用する場合には、電力供給線路の過負荷をあらかじめ予測することはできないから、配線設計によっては対応することができない。すなわち、過負荷に対するなんらかの保護が必要になる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、直流電源と直流機器との電力の需給バランスをあらかじめ判定し、電力の供給能力の範囲内であるときに直流機器の使用を許可することで過負荷を予防することができる直流配電システムを提供することにある。

請求項１の発明は、直流電力を出力する直流電源と、直流電源から電力供給線路を介して供給される直流電力により駆動される直流機器とを備え、直流機器は、動作時の使用電力の指標値を電気情報として保有する情報保有部と、情報保有部が保有する電気情報を直流電源に送信する機器通信部とを備え、直流電源は、直流電力を供給する電力供給線路に接続されている直流機器と通信を行って電気情報を取得する電源通信部と、電力供給線路の構成により直流電源の出力として規定される供給電流値を設定する供給電流設定部と、電源通信部が取得した指標値に基づいて電力供給線路に要求される要求電流値を求める要求電流算出部と、要求電流値と供給電流値とを比較し要求電流値が供給電流値を超えないときに直流機器の使用を許可する許可判断部とを備えることを特徴とする。

請求項２の発明では、請求項１記載の発明において、前記直流機器が複数台設けられ、前記要求電流算出部は、各直流機器の前記機器通信部からそれぞれ取得した指標値を合計し、前記電力供給線路に要求される要求電流値を求めることを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記機器通信部と前記電源通信部との間の通信は、前記電力供給線路を通信路に用い高周波の搬送波を用いて情報を伝送することを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項３の発明において、前記電力供給線路は複数系統に分岐しており、前記機器通信部と前記電源通信部との間で情報を伝送する搬送波の通過と阻止とを選択する情報フィルタを、各系統ごとに備えることを特徴とする。

請求項５の発明では、請求項４の発明において、前記情報フィルタごとに搬送波の通過と阻止とを選択する選択部を備え、前記要求電流算出部は、搬送波を通過させる情報フィルタを選択部で選択させることにより前記電力供給線路ごとの要求電流値を求めることを特徴とする。

請求項６の発明では、請求項４または請求項５の発明において、前記要求電流算出部は、前記電力供給線路の系統ごとに前記直流機器から得られた指標値の合計に基づいて各系統の電力供給線路ごとに要求電流値を求めることを特徴とする。

請求項７の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明において、前記直流電源には、前記許可判断部での比較結果において要求電流値が供給電流値を超えているときに、電源通信部を通して前記直流機器と通信することにより直流機器で使用する電流を低減させる制御部が付加されていることを特徴とする。

請求項８の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明において、前記直流電源には、前記許可判断部での比較結果において要求電流値が供給電流値を超えているときに、前記電力供給線路への直流電力の供給を停止させる制御部が付加されていることを特徴とする。

請求項９の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明において、前記直流電源には、前記許可判断部での比較結果において要求電流値が供給電流値を超えているときに、報知部を通して使用不能を報知する制御部が付加されていることを特徴とする。

請求項１０の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれかの発明において、前記直流機器は、前記機器通信部のみが動作する休止モードと、主回路とともに機器通信部が動作する通常モードとを有し、直流機器は休止モードで前記直流電源と通信し、前記許可判断部での比較結果において要求電流値が供給電流値を超えていないときには通常モードに移行させることを特徴とする。

請求項１１の発明では、請求項１ないし請求項１０のいずれかの発明において、前記要求電流算出部は、直流電源の電源投入時と前記直流機器の追加時との少なくとも一方において直流機器から指標値を取得し、前記許可判断部による直流機器の使用可否を判断させることを特徴とする。

請求項１の発明の構成によれば、直流機器には動作時の使用電力の指標値を電気情報として保有させ、直流電源では直流電力を供給する電力供給線路に接続された直流機器から電気情報を取得し、取得した電気情報から電力供給線路に要求される要求電流値を求め、電力供給線路の構成により規定される供給電流値と要求電流値との大小を比較して、要求電流値が供給電流値を超えないときに直流機器の使用を許可するので、電力の供給側に対して電力の需要側が過負荷になるか否かをあらかじめ判断することができ、過負荷にならないときに直流機器を使用許可することで、過負荷の予防が可能になる。つまり、直流機器の動作による過負荷が生じるのを予防していることにより、電力供給線路の短絡のように発生頻度の低い状況以外には過負荷のために電源供給を遮断する必要がなく、システムダウンの頻度を低減することができる。

請求項２の発明の構成によれば、複数台の直流機器のすべてについて取得した指標値を合計し、合計の指標値から要求電流値を求めるから、要求電流値を精度よく求めることができ、過負荷の発生を確実に予防することができる。

請求項３の発明の構成によれば、電力供給線路に情報伝送の信号を重畳しているから、通信用の線路を別に配線する必要がなく、また無線通信のように環境により通信範囲が変化することもない。

請求項４の発明の構成によれば、複数系統の電力供給線路を設けている場合に情報フィルタを用いて系統ごとに直流機器と通信することが可能になる。

請求項５の発明の構成によれば、複数系統の電力供給線路を設けている場合に情報フィルタを用いて系統ごとに要求電流値を求めるから、過負荷が生じる系統を判別し、過負荷を生じない系統の直流機器にのみ使用を許可することが可能になる。

請求項６の発明の構成によれば、電力供給経路の系統ごとに直流機器から得られた指標値の合計に基づいて要求電流値を求めるから、各系統ごとの要求電流値を精度よく求めることができる結果、電力供給経路の系統ごとに過負荷が生じるのを確実に予防することができる。

請求項７の発明の構成によれば、直流機器で使用する電流を低減させるから、すべての直流機器が動作すると直流電源や電力供給経路に対して過負荷になる場合であっても、一部の直流機器で使用する電流を低減させることにより、過負荷が生じるのを防止することができる。とくに、直流機器を電力供給線路に追加して接続したときにはすべての直流機器を動作させると過負荷になる可能性があるが、一部の直流機器で使用する電流を低減させることで、直流機器の使用を許可しながらも過負荷を防止することができる。

請求項８の発明の構成によれば、要求電流値が供給電流値を超えているときに直流電源から電力供給線路への直流電力の供給を停止するから、直流電源の設計変更や直流機器の削減を促すことができる。

請求項９の発明の構成によれば、要求電流値が供給電流値を超えているときに報知するから、直流電源の設計変更や直流機器の削減を促すことができる。

請求項１０の発明の構成によれば、直流機器が休止モードで通信し、要求電流値が供給電流値を超えていないときには直流機器を通常モードに移行させるから、直流電源や電力供給線路における過負荷を防止することができる。この動作は、直流機器を電力供給線路に追加して接続したときにとくに有効であり、すべての直流機器が動作すると直流電源や電力供給経路に対して過負荷になる場合であっても、過負荷を防止しながら必要な直流機器を動作させることが可能になる。しかも、休止モードでも直流電源と直流機器との間の通信は可能であるから、休止モードである直流機器を通常モードに切り換えることが可能である。

請求項１１の発明の構成によれば、電源投入時あるいは直流機器の追加時の少なくとも一方において直流機器から指標値を取得するから、電源投入時であれば直流配電システムの電力の需給関係について設計内容を確認することができ、また直流機器の追加時であれば、当該直流機器を追加可能か否かを判断することができる。なお、電源投入時に直流機器から電気情報を取得する場合には、同報通信により電力供給線路に接続されているすべての直流機器からの応答を求めるのが望ましく、直流機器の追加時に直流機器から電気情報を取得する場合には、直流機器から直流電源に追加を通知し、この通知に応答して当該直流機器の電気情報を直流電源が取得するのが望ましい。つまり、電源投入時には電力供給線路に接続されているすべての直流機器について電気情報を収集し、直流機器の追加時には追加した直流機器についてのみ電気情報を収集するのである。

本発明は、基本的には、図１に示すように、分電盤などに配置した直流電源１と、直流電力により駆動される負荷としての直流機器２とを有し、直流電源１に接続した電力供給線路Ｌｐを通して直流機器２に直流電力を供給する構成を有している。図示例では、直流電源１から直流機器２への電力供給線路Ｌｐを複数系統（図示例は３系統）に分岐しているが１系統のみでもよい。以下では、各系統別に区別する必要があるときには、ａ，ｂ，ｃの符号を付加して電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃを区別する。

直流電力を供給する電力供給線路Ｌｐとともに通信用の情報線路Ｌｓ（区別する必要があるときには、ａ，ｂ，ｃの符号を付加して情報線路Ｌｓａ，Ｌｓｂ，Ｌｓｃを区別する）が設けられ、各直流機器２を情報線路Ｌｓに接続することも可能になっている。情報線路Ｌｓは、電力供給線路Ｌｐと独立して設けるほか、電力供給線路Ｌｐと兼用してもよい。電力供給線路Ｌｐと情報線路Ｌｓとを兼用する場合には、情報伝送に用いる高周波の搬送波を直流電圧に重畳することにより通信を行う。また、情報線路Ｌｓに代えて無線による通信路を形成することも可能である。以下では、電力供給線路Ｌｐと情報線路Ｌｓとが有線であってそれぞれ別に設けられている場合を想定する。

直流電源１において電力供給を行う構成は、商用電源のような交流電源ＡＣを直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを含む電力変換器１ａを基本構成とし、必要に応じて太陽光発電装置、風力発電装置、燃料電池、エンジン駆動の発電機などを用いた分散電源１ｂを併用することも可能である。分散電源１ｂを併用する場合には、電力変換器１ａと分散電源１ｂとの出力を直流機器２からの要求に応じて調節する。ただし、以下では、分散電源１ｂの動作についてはとくに言及せず、直流電源１における電力供給は電力変換器１ａで行うものとして説明する。

直流電源１と直流機器２との間の情報線路Ｌｓには、情報フィルタ３が挿入される。図示例においては、情報フィルタ３は、各情報線路Ｌｓａ，Ｌｓｂ，Ｌｓｃにおける分岐点と直流機器２との間に配置される。つまり、各系統の電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃごとに情報フィルタ３を設けていることに相当する。

情報フィルタ３は、情報伝送に用いる高周波の搬送波の通過と阻止とを選択する機能を有し、直流電源１と直流機器２との間で情報を伝送するか否かの選択を電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃの系統別に行うことを可能にしている。情報フィルタ３において搬送波を通過させるか阻止するかは、直流電源１に設けた後述する選択部１６が指示する。

直流電源１はマイクロコンピュータを有するコントローラ１０を備え、コントローラ１０には、情報線路Ｌｓを通して直流機器２と通信する電源通信部１１と、電源通信部１１で得られる情報に基づいて、電力変換器１ａの動作を制御する制御部１２とが設けられる。さらに、コントローラ１０には、直流電源１が供給する供給電流値を設定する供給電流設定部１３と、電力供給線路Ｌｐに接続された直流機器２が要求する要求電流値を求める要求電流算出部１４と、要求電流値と供給電流値とを比較し要求電流値が供給電流値を超えないときに直流機器２の使用を許可する許可判断部１５とが設けられる。

なお、図１に示す構成例では、直流電源１の器体に電力変換器１ａと情報フィルタ３とコントローラ１０とを収納し、分散電源１ｂの直流出力を受電するための１組の入力接続口Ｔ１と、３系統の電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃを接続するための３組の出力接続口Ｔ２とを設けている。ただし、電力変換器１ａと情報フィルタ３とコントローラ１０とを個別の器体に収納する構成、電力変換器１ａとコントローラ１０とを１つの器体に収納し、情報フィルタ３を別の器体に収納する構成など他の構成を採用することも可能である。また、電力供給線路Ｌｐの分岐数も適宜に設計すればよく、分岐していなくてもよい。ただし、分電盤に収納する場合に、分電盤の内器となる直流機器２に給電する電力供給線路の系統と、分電盤の外部に設置される直流機器２に給電する電力供給線路の系統とは分岐しておくのが望ましい。図示例では、各系統の電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃに対応する情報フィルタ３は、直流電源１の器体の内部に配置している。

ところで、直流機器２は、操作、監視、表示、報知など直流機器２に応じた各種動作を行う機能部としての主回路２０と、情報線路Ｌｐを介して直流電源１と通信する機器通信部２１とを備える。主回路２０は、マイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータが直流機器２の動作を制御する。

機器通信部２１は、個別通信用の識別情報（個別アドレス）と同報通信用の識別情報（共通アドレス）とのいずれかを用いて他装置を通信する。また、直流機器２は、動作時に使用電力の指標値を電気情報として保有する情報保有部２２を備え、情報保有部２２が保有する電気情報は、機器通信部２１を通して直流電源１のコントローラ１０に通知可能になっている。電気情報となる指標値には、定格電力、定格電流、最大電流などのように、直流機器２の動作時における使用電力を示す情報のうち少なくとも１つの情報を用いる。

情報保有部２２が保有する電気情報は、直流機器２の製造者が設定する情報であり、直流機器２の使用中に変更されることはないから、情報保有部２２には、マスクＲＯＭやプリント基板の導体パターンを用いればよい。ただし、製造者が電気情報を容易に設定することができるように、不揮発性メモリを用いることも可能である。

ところで、コントローラ１０へ電気情報を通知するタイミングには、直流電源１０から要求されたときと、直流機器２から直流電源１に通知を要求するときとがある。前者は主として直流配電システムの電源を投入したときの動作であり、後者は主として電力供給線路Ｌｐに直流機器２を追加したときの動作である。

つまり、直流配電システムの電源投入時には、直流電源１から電気情報の取得を要求することにより、電力供給線路Ｌｐに接続されているすべての直流機器２について電気情報を収集することができる。このときには、同報通信により電気情報の取得を要求し、各直流機器２からの応答を取得する。また、直流機器２の追加時には、追加した直流機器２が直流電源１に対して電気情報の読み取りを要求とともに個別アドレスを通知し、直流電源１が個別アドレスを用いて該当する直流機器２から電気情報を取得する。

直流機器２は、機器通信部２１のみが動作する休止モードと、主回路２０とともに機器通信部２１が動作する通常モードとを有している。休止モードと通常モードとは、リレーあるいは電子スイッチからなるスイッチ要素２３を用いて切り換える。すなわち、直流機器２の内部では、図２に示すように、電力供給線路Ｌｐから電力が供給される内部電源２４の出力に機器通信部２１を直接接続し、主回路２０については内部電源２４の出力にスイッチ要素２３を介して接続する。スイッチ要素２３がオフであれば、機器通信部２１にのみ電力が供給されるから機器通信部２１のみが動作する休止モードになり、スイッチ要素２３がオンであれば、主回路２０と機器通信部２１とに電力が供給される通常モードになる。スイッチ要素２３のオンオフは、機器通信部２１が直流電源１からの指示を受けて決定する。

上述した直流電源１の供給電流設定部１３には、電力供給線路Ｌｐに許容された供給電流値とが登録ないし設定されている。また、電力供給線路Ｌｐに許容された供給電流は、電力供給線路Ｌｐに用いる電線の種類だけでなく配線に関する規則によっても規制される。つまり、電力供給線路Ｌｐの構成（電線の種類、配線の形態、電流の許容値など）により供給電流値が規定される。供給電流設定部１３には、これらの情報を保持させておくことによって、各電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃに供給可能な最大電流を規定することができる。供給電流値は、直流電源１の最大出力電流で規定される供給能力を加味して決める場合もある。

いま、各電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃに許容された最大の供給電流がαであり、電力変換器１ａと分散電源１ｂとの合計の最大出力電流がβであるものとして、β≧αであれば、各電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃには電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃに許容された最大の供給電流αまで電流を供給することができるから、各系統に供給可能な最大電流は、電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃの仕様のみで決定されることになる。一方、β＜αであれば、少なくとも１系統の電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃには仕様で決まる最大の供給電流αを供給することができないことになる。したがって、供給電流設定部１３には、直流電源１の最大の供給電流と電力供給線路Ｌｐに許容された供給電流とを設定しておくことが必要である。

また、直流電源１の要求電流算出部１４は、直流電源１から直流電力を供給する直流機器２で使用する電流を、電源通信部１１と機器通信部２１との通信により取得した各直流機器２の電気情報に基づいて算出する。いま、すべての直流機器２が動作したときに必要な最大電流の合計が直流電源１の最大の供給電流を超えているとすれば、すべての直流機器２を同時に動作させると直流電源１の供給能力を超えるから、この配線設計ではシステムダウンの可能性が生じる。また、いずれかの系統の電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃにおいて、接続されているすべての直流機器２が動作したときに必要な最大電流の合計が電力供給線路Ｌｐに許容された供給電流を超えていると、電力供給線路Ｌｐが過熱する可能性が生じる。

そこで、要求電流算出部１４では、直流電源１に接続されたすべての直流機器２で使用する電流の合計と、各系統の電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃに接続された直流機器２で使用する電流の合計とを各直流機器２の電気情報に基づいて算出する。なお、電源通信部１１では、各直流機器２ごとの電気情報も取得することができるから、要求電流算出部１４では、直流機器２の使用電流について合計だけではなく個別の電流を用いることも可能である。

許可判断部１５は、供給電流設定部１３に設定されている供給電流値と要求電流算出部１４で算出した要求電流値とを比較して、要求電流値が供給電流値よりも小さいときに直流機器２の使用を許可する。具体的には、直流電源１が供給できる最大電流を供給電流値とし、直流電源１が直流電力を供給するすべての直流機器２で使用する最大電流の合計を要求電流値をする場合が基本であって、供給電流値が要求電流値以上であれば、すべての直流機器２が同時に動作してもシステムダウンが生じることはない。ただし、各系統の電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃについても接続されている直流機器２で使用する最大電流の合計を要求電流値とし、電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃに許容された供給電流を供給電流値として、要求電流値が供給電流値を超えないことを確認する。この条件を満たしているときには、電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃについての規制を守りかつ過熱を防止することができる。

供給電流値は、直流電源１が供給する最大電流、各系統の電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃに許容された最大電流であるが、要求電流値は、直流配電システムに用いるすべての直流機器２が使用する最大電流の合計や電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃの各系統における直流機器２が使用する最大電流の合計などを用いる代わりに、動作中の直流機器２のみの動作時の最大電流の合計（システム全体および系統別）を要求電流値として用いることも可能である。この要求電流値を用いるときには、各直流機器２が動作する直前に直流電源１に電気情報を通知することになる。

ところで、許可判断部１５において、要求電流値が供給電流値を超えていると判断したときには、直流電源１に設けたコントローラ１０の制御部１２では、以下の動作の少なくとも１動作を行う。すなわち、第１の動作は、電源通信部１１を通して直流機器２と通信することにより直流機器２で使用する電流を低減させる動作であり、上述のように直流機器２には休止モードと通常モードとがあるから、休止モードを維持し通常モードに移行させないことによって直流機器２で使用する電流の増加を防止する。つまり、直流電源１は直流機器２が休止モードであるときに通信し、要求電流値が供給電流値を超えていないときに通常モードに移行させる。この動作により、動作中の直流機器２については動作を維持することができる。

第２の動作は、電力供給線路Ｌｐへの直流電力の供給を停止させる動作であって、図１の構成では直流電力の供給の停止は系統別に行うことができないから、直流電源１の動作を停止させることになる。直流電源１から直流機器２への直流電力の供給を停止すると、直流機器２は動作しないから、この動作は直流配電システムの電源投入時などであって、動作中の直流機器２が存在しないときに選択することができる。このような動作を行えば、要求電流値が供給電流値を超えているときに直流機器２の動作前に事前に直流電力の供給を遮断することで、直流電源１が故障したり電力供給線路Ｌｐが過熱したりするのを確実に防止することができる。また、直流電源１と直流機器２との間の通信が一旦成立した後に、直流機器２に直流電力が供給されずに動作が停止するから、利用者は要求電流値が供給電流値を超えていると認識することができ、直流電源１の設計変更や使用する直流機器２の変更などを行うことが可能になる。

第３の動作では、直流電源１や直流機器２に表示器あるいは報知音を発生する報知器を報知部１７を設けておき、報知部１７を通して使用不能を報知する。この動作では、報知部１７での報知により利用者は要求電流値が供給電流値を超えていることを知るから、直流配電システムを施工した直後であれば、設計を修正することができ、また直流機器２の使用時であれば、不要な直流機器２を電力供給線路Ｌｐから外したり、不要な直流機器２の動作を停止させたりすることにより、希望する直流機器２を動作させることが可能になる。

第１の動作と第２の動作と第３の動作とは適宜に組み合わせて用いることができる。たとえば、第２の動作のように直流電力の供給を停止したときに第３の動作によって報知すれば、利用者は直流電力が供給されない理由を知ることができ利便性が高くなる。なお、この場合に報知部１７のための電力は別途確保することが必要である。

以下に図３に基づいて動作を簡単に説明する。図３（ａ）は、電力供給線路Ｌｐに直流機器２を接続するとともに電力供給線路Ｌｐに直流電源１を接続して直流配電システムを構築した直後の電源投入時の動作である。直流電源１を投入し（Ｓ１）、供給電流値を供給電流設定部１３に設定する（Ｓ２）。次に、直流電源１は同報通信により各直流機器２が保有する電気情報を取得する（Ｓ３）。後述するように情報フィルタ３を適宜に制御すれば、電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃの系統別に直流機器２の電気情報を取得したり、直流電源１に接続されているすべての直流機器２の電気情報を一括して取得したりすることが可能である。ステップＳ２では、系統別か否かにかかわらず、直流電源１から直流電力を供給するすべての直流機器２の電気情報を取得する。取得した電気情報に基づいて、要求電流算出部１４では要求電流値を算出する（Ｓ４）。

次に、許可判断部１５では、要求電流算出部１４で算出した要求電流値と供給電流設定部１３に設定されている供給電流値とを比較し（Ｓ５）、要求電流値が供給電流値を超えていなければ、制御部１２は電源通信部１１を通して各直流機器２に通常モードへの移行を指示する（Ｓ６）。一方、要求電流値が供給電流値を超えているときには、報知して（Ｓ７）、直流電力の供給を停止する（Ｓ８）。

図３（ｂ）は、直流配電システムの構築後に電力供給線路Ｌｐに新たな直流機器２を追加する場合の動作を示している。直流機器２を電力供給線路Ｌｐに接続し、直流機器２から直流電源１に対して接続通知を行うとともに個別アドレスを通知する（Ｓ１）。この通知は、直流機器２に設けたリセットスイッチなどのスイッチ操作により開始する。なお、直流機器２を電力供給線路Ｌｐに接続したときに機器通信部２１への電源供給により接続通知を自動的に開始することが考えられるが、このような動作を可能にするとシステム構築直後の電源投入時に直流機器２から直流電源１に同時に接続通知と個別アドレスの通知とがなされて衝突回避の処理が複雑になるから、ここでは採用しない。

次に、接続通知に対して直流電源１は個別アドレスを用いて直流機器２に電気情報の取得を要求し（Ｓ２）、当該直流機器２から直流電源１に対して電気情報が通知される（Ｓ３）。直流電源１の要求電流算出部１４では、取得した電気情報と電源投入時にすでに取得している電気情報とを用いて要求電流値を再計算し（Ｓ４）、許可判断部１５に引き渡す。許可判断部１５では、電源投入時と同様に、要求電流値と供給電流値とを比較し（Ｓ５）、要求電流値が供給電流値を超えていなければ、新たに接続された直流機器２を通常モードに移行させる（Ｓ６）。一方、要求電流値が供給電流値を超えている場合には、新たに接続された直流機器２を通常モードに移行させず、容量超過を報知部１７により報知する（Ｓ７）。

ところで、図３（ｂ）のような直流機器２の追加の概念には、直流機器２を新たに動作させる場合を含んでいてもよい。この場合には、電源投入時に要求電流値が供給電流値を超えていても、あらかじめ登録された所要の直流機器２に関する要求電流値が供給電流値を超えていないければ、当該直流機器２を選択して通常モードに移行させておく。たとえば、休止モードを持たない直流機器２を用いたり、電力供給線路Ｌｐに接続したときに休止モードではなく通常モードが選択されるように構成した直流機器２を用いたり、要求電流量と供給電流量との大小にかかわりなく通常モードを要求する電気情報を情報保有部２２に保持した直流機器２を用いる。ただし、この種の直流機器２のみの動作でも要求電流値が供給電流値を超える場合には、図３（ａ）のように直流電力の供給を停止する。

一方、上述のように、すべての直流機器２の合計や系統別の直流機器２の合計では要求電流値が供給電流値を超える場合であって、登録された一部の直流機器２を通常モードにしている場合において、他の直流機器２を動作させようとするときには、動作させようとする直流機器２から直流電源１に対して動作開始を要求する通知を行う。この動作は、新規の直流機器２を電力供給線路Ｌｐに接続したときの接続通知と同様の動作である。スイッチと負荷とのように連携動作する直流機器２が複数台存在する場合には、１つの直流機器２からの動作開始の要求に対して、直流電源１では連携動作するすべての直流機器２に電気情報の取得を要求する。以後の動作は図３（ｂ）の動作と同様であり、取得した直流機器２の電気情報を用いて要求電流値を算出し、要求電流値と供給電流値とを比較して当該直流機器２を通常モードに移行させるか否かを決定する。

なお、この動作を行う場合には、登録された直流機器２を除く直流機器２のうち動作時の電力が最大である直流機器２を動作させても要求電流量が供給電流量を超えないように直流電源１および配線設計を行う必要がある。このような配線設計がなされているか否かは、要求電流算出部１４において要求電流値を算出するデータを変更するだけで許可判断部１５で判断することが可能である。また、上述の動作例では、直流機器２の動作時の最大電力（電力供給線路Ｌｐに印加する電圧は直流電源１において既知であるから、実施的に最大電流と等価）あるいは最大電流を用いて要求電流値を算出する場合を想定しているが、最大値ではなく定格値を用いることも可能である。ただし、定格値を用いて要求電流値を算出すると、計算上では要求電流値が供給電流値を超えない場合でも、動作時には要求電流値が供給電流値を超える場合があるから、その場合には、直流電源１（電力変換器１ａ）に出力電流を制限する保護回路を設けておくのが望ましい。

また、情報フィルタ３の制御については、電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃの系統別に直流機器２から電気情報を取得する場合には、各電力供給線路Ｌｐａ，Ｌｐｂ，Ｌｐｃに挿入した情報フィルタ３を１個ずつ択一的に通過状態として残りの情報フィルタ３を阻止状態とすればよい。また、各系統のすべての情報フィルタ３を通過または阻止にした状態から出発し、通過または阻止の状態である情報フィルタ３を１個ずつ減らすようにしてもよい。情報フィルタ３を上述のように動作させることにより、同報通信のみを行いながらも、すべての直流機器２の電気情報を取得することと、系統別の直流機器２の電気情報を取得することとが可能になる。なお、いうまでもないが、後者の動作によっても系統別の直流機器２の電気情報を取得することができるのは、たとえば２系統の直流機器２の電気情報を取得した後に、２系統のうちの一方の１系統の直流機器２の電気情報を取得すれば、その差分によって２系統のうちの他方の１系統の直流機器２の電気情報を取得することができるからである。

ところで、上述の動作からわかるように直流機器２の動作中においては要求電流値が供給電流値を超えることは予防されているから、直流機器２の動作中において要求電流値が供給電流値を超える場合には、電力供給線路Ｌｐに関する異常あるいは直流機器２の動作異常と判断することができる。そこで、電力供給線路Ｌｐの適宜の位置に電流センサ（ホール素子と磁性体コアとを組み合わせたいわゆる直流ＣＴなど）や電流検出用抵抗を配置して電力供給線路Ｌｐに流れる電流を監視し、監視した電流が供給電流値を超える場合には電力供給線路Ｌｐや直流機器２の内部において短絡のような異常が生じていると判断して直流電源１を停止させるのが望ましい。

実施形態を示すブロック図である。 同上に用いる直流機器の要部ブロック図である。 同上の動作説明図である。

符号の説明

１ 直流電源
２ 直流機器
３ 情報フィルタ
１０ コントローラ
１１ 電源通信部
１２ 制御部
１３ 供給電流設定部
１４ 要求電流算出部
１５ 許可判断部
１６ 選択部
１７ 報知部
２０ 主回路
２１ 機器通信部
２２ 情報保有部
２３ スイッチ要素
２４ 内部電源
Ｌｐ 電力供給線路
Ｌｐａ 電力供給線路
Ｌｐｂ 電力供給線路
Ｌｐｃ 電力供給線路
Ｌｓ 情報線路
Ｌｓａ 情報線路
Ｌｓｂ 情報線路
Ｌｓｃ 情報線路

Claims (11)

1. 直流電力を出力する直流電源と、直流電源から電力供給線路を介して供給される直流電力により駆動される直流機器とを備え、直流機器は、動作時の使用電力の指標値を電気情報として保有する情報保有部と、情報保有部が保有する電気情報を直流電源に送信する機器通信部とを備え、直流電源は、直流電力を供給する電力供給線路に接続されている直流機器と通信を行って電気情報を取得する電源通信部と、電力供給線路の構成により直流電源の出力として規定される供給電流値を設定する供給電流設定部と、電源通信部が取得した指標値に基づいて電力供給線路に要求される要求電流値を求める要求電流算出部と、要求電流値と供給電流値とを比較し要求電流値が供給電流値を超えないときに直流機器の使用を許可する許可判断部とを備えることを特徴とする直流配電システム。
2. 前記直流機器が複数台設けられ、前記要求電流算出部は、各直流機器の前記機器通信部からそれぞれ取得した指標値を合計し、前記電力供給線路に要求される要求電流値を求めることを特徴とする請求項１記載の直流配電システム。
3. 前記機器通信部と前記電源通信部との間の通信は、前記電力供給線路を通信路に用い高周波の搬送波を用いて情報を伝送することを特徴とする請求項１または請求項２記載の直流配電システム。
4. 前記電力供給線路は複数系統に分岐しており、前記機器通信部と前記電源通信部との間で情報を伝送する搬送波の通過と阻止とを選択する情報フィルタを、各系統ごとに備えることを特徴とする請求項３記載の直流配電システム。
5. 前記情報フィルタごとに搬送波の通過と阻止とを選択する選択部を備え、前記要求電流算出部は、搬送波を通過させる情報フィルタを選択部で選択させることにより前記電力供給線路ごとの要求電流値を求めることを特徴とする請求項４記載の直流配電システム。
6. 前記要求電流算出部は、前記電力供給線路の系統ごとに前記直流機器から得られた指標値の合計に基づいて各系統の電力供給線路ごとに要求電流値を求めることを特徴とする請求項４または請求項５記載の直流配電システム。
7. 前記直流電源には、前記許可判断部での比較結果において要求電流値が供給電流値を超えているときに、電源通信部を通して前記直流機器と通信することにより直流機器で使用する電流を低減させる制御部が付加されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の直流配電システム。
8. 前記直流電源には、前記許可判断部での比較結果において要求電流値が供給電流値を超えているときに、前記電力供給線路への直流電力の供給を停止させる制御部が付加されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の直流配電システム。
9. 前記直流電源には、前記許可判断部での比較結果において要求電流値が供給電流値を超えているときに、報知部を通して使用不能を報知する制御部が付加されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の直流配電システム。
10. 前記直流機器は、前記機器通信部のみが動作する休止モードと、主回路とともに機器通信部が動作する通常モードとを有し、直流機器は休止モードで前記直流電源と通信し、前記許可判断部での比較結果において要求電流値が供給電流値を超えていないときには通常モードに移行させることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の直流配電システム。
11. 前記要求電流算出部は、直流電源の電源投入時と前記直流機器の追加時との少なくとも一方において直流機器から指標値を取得し、前記許可判断部による直流機器の使用可否を判断させることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の直流配電システム。

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