JP2014131374A

JP2014131374A - 系統接続制御装置

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Publication number: JP2014131374A
Application number: JP2012286621A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Hayashi; 林　　祐輔; Akira Matsumoto; 暁松本
Original assignee: NTT Facilities Inc
Current assignee: NTT Facilities Inc
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: JP5956330B2

Abstract

【課題】誤動作の発生を抑止した系統接続制御装置を提供する。
【解決手段】系統接続制御装置１０Ａは、直流電源Ｅと並列に接続された入力コンデンサＣｉと、入力コンデンサＣｉの充電及び放電を制御するスイッチングユニットＳＷ１と、入力コンデンサＣｉと直流電源Ｅから負荷Ｒｌ側への電流の導通と遮断を制御するスイッチングユニットＳＷ２と、還流ダイオードＤｂと、負荷Ｒｌ側へ流れる電流を限流する限流リアクトルＬｆと、直流電源Ｅと並列に接続された出力コンデンサＣｏと、半導体スイッチＱｉと半導体スイッチＱ１のそれぞれの導通と遮断を制御するとともに、半導体スイッチＱ１の導通と遮断を周期的に切り替える制御を行う制御ユニットＣＵと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、系統接続制御装置に関する。

直流給電システムにおいて、１又は複数の直流電源から１又は複数の負荷に対して供給される電力の供給経路を動的に制御することが考えられている。ここで、電力の供給経路を動的に変更し、また、一の系で発生した過電圧や過電流から他の系を保護するために、遮断機能を有する系統接続制御装置が必要となる。例えば下記特許文献１には、直流給電システムおいて、所定の電流値が検出された場合に電流を遮断する遮断装置について開示されている。

特開２０１２−４８７０号公報

負荷の起動時や負荷変動時にも過電流が発生することがあるが、従来技術においては、こうした事故ではない場合にも電力供給が遮断されてしまうことがある。

本発明の目的は、誤動作の発生を抑止した系統接続制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る系統接続制御装置は、直流電源の正極と負荷を接続する往路配線と、前記直流電源の負極と前記負荷を接続する復路配線にそれぞれ接続し、前記直流電源から前記負荷との接続を制御する系統接続制御装置であって、前記直流電源と並列に接続された第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサの充電及び放電を制御する、第１の半導体素子を備えた第１のスイッチングユニットと、前記往路配線に設けられ、前記第１のコンデンサと前記直流電源との少なくとも一方から前記負荷側への電流の導通と遮断を制御する、第２の半導体素子を備えた第２のスイッチングユニットと、前記第２のスイッチングユニットよりも前記負荷側において、前記復路配線と前記往路配線とを接続する配線に設けられた還流ダイオードと、前記還流ダイオードよりも前記負荷側において前記往路配線に設けられた、前記負荷側へ流れる電流を限流する限流リアクトルと、前記限流リアクトルよりも前記負荷側において、前記直流電源と並列に接続された第２のコンデンサと、前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子のそれぞれの導通と遮断を制御するとともに、前記第２の半導体素子の導通と遮断を周期的に切り替える制御を行う制御ユニットと、を備えることを特徴とする系統接続制御装置である。

本発明の一態様では、前記系統接続制御装置において、前記第１の半導体素子が寄生ダイオードを有さない場合には、前記第１のスイッチングユニットは、前記第１の半導体素子と、前記第１の半導体素子と並列に接続された第１のダイオードと、前記第１の半導体素子と前記第１のダイオードとの並列接続体と、並列に接続された第１の抵抗と、を備えることとしてよい。

本発明の一態様では、前記系統接続制御装置において、前記第２の半導体素子が寄生ダイオードを有さない場合には、前記第２のスイッチングユニットは、前記第２の半導体素子と、前記第２の半導体素子と並列に接続された第２のダイオードと、を備えることとしてよい。

本発明の一態様では、前記制御ユニットは、前記第２のコンデンサの電圧が上昇する場合に、前記第２の半導体素子の導通と遮断を、設定されたスイッチング周期で切り替える第１制御手段を備えることとしてよい。

本発明の一態様では、前記第１制御手段は、前記第２のコンデンサの電圧の上昇率が閾値以上である場合には、前記スイッチング周期におけるデューティ比を小さくすることとしてよい。

本発明の一態様では、前記第１制御手段は、前記第２のコンデンサの電圧の変化率が所定値以下となるか、又は前記第２のコンデンサの電圧の値が所定の電圧値以上となった場合に、前記第２の半導体素子の導通と遮断の切り替えを停止することとしてよい。

本発明の一態様では、前記制御ユニットは、前記限流リアクトルに流れる電流が、第１の電流閾値と、該第１の電流閾値よりも大きい第２の電流閾値との間にある場合には、前記第２の半導体素子の導通と遮断を、設定されたスイッチング周期で切り替える第２制御手段を備えることとしてよい。

本発明の一態様では、前記第２制御手段は、前記電流計測手段により計測した電流が、前記第２の電流閾値以上である場合には、前記第２の半導体素子を遮断に切り替えることとしてよい。

本発明の一態様では、前記第２制御手段は、前記第２の半導体素子の導通と遮断の切り替えを継続している間に、前記第２のコンデンサの電圧が所定値まで回復した場合には、前記第２の半導体素子の導通と遮断の切り替えを停止し、その後前記第２の半導体素子を常時導通とすることとしてよい。

本発明の一態様によれば、直流電源から負荷に供給される電流が急増することを抑えることができる。これにより、過電流が発生し難くなるため、事故以外の要因により過電流が発生することに起因する誤動作を抑止できる。

本発明の第１の実施形態に係る系統接続制御装置を備えた給電システムの構成図である。負荷起動時における系統接続制御装置の制御処理のフローチャートである。負荷運転時の系統接続制御装置の制御処理のフローチャートである。負荷立ち上げ時の動作波形の一例である。負荷変動時の動作波形の一例である。短絡事故時の動作波形の一例である。本発明の第２の実施形態に係る系統接続制御装置を備えた給電システムの構成図である。本発明の第３の実施形態に係る系統接続制御装置を備えた給電システムの構成図である。本発明の第４の実施形態に係る系統接続制御装置を備えた給電システムの構成図である。本発明に係る系統接続制御装置を、電力供給経路を動的に変更するためのスイッチに適用した例を示す図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。

[第１の実施形態]
図１には、本発明の第１の実施形態に係る系統接続制御装置１０Ａを備えた給電システム１Ａの構成図を示した。

図１に示されるように、給電システム１Ａは、直流電源Ｅ、入力側の配線インダクタＬｐ、系統接続制御装置１０Ａ、出力側の配線インダクタＬｓ、負荷入力コンデンサＣｌ、負荷Ｒｌを備える。ここで、負荷入力コンデンサＣｌと負荷Ｒｌとは並列に接続され、直流電源Ｅ、配線インダクタＬｐ、配線インダクタＬｓ、負荷Ｒｌは直列に接続される。そして、系統接続制御装置１０Ａは、直流電源Ｅの正極と負荷Ｒｌとを接続する経路である往路配線と、直流電源Ｅの負極と負荷Ｒｌとを接続する経路である復路配線との両方に接続している。

次に、第１の実施形態に係る系統接続制御装置１０Ａの詳細な構成について説明する。

図１に示されるように、系統接続制御装置１０Ａは、スイッチングユニットＳＷ１、入力コンデンサＣｉ、スイッチングユニットＳＷ２、還流ダイオードＤｂ、限流リアクトルＬｆ、出力コンデンサＣｏ、制御ユニットＣＵを備える。

スイッチングユニットＳＷ１は、半導体スイッチＱｉ、ダイオードＤｉ、限流抵抗Ｒｉを備え、半導体スイッチＱｉとダイオードＤｉとを並列に接続するとともに、半導体スイッチＱｉとダイオードＤｉとの並列接続体と、限流抵抗Ｒｉとを並列に接続して構成される。また、スイッチングユニットＳＷ１と入力コンデンサＣｉとは直列に接続され、直流電源Ｅ、配線インダクタＬｐ、スイッチングユニットＳＷ１、入力コンデンサＣｉにより電気回路のループが構成される。なお、限流抵抗Ｒｉを設けたことにより、入力コンデンサＣｉへの突入電流が流入することを防止している。

スイッチングユニットＳＷ２は、半導体スイッチＱ１とダイオードＤ１とを並列に接続して構成される。ここで、スイッチングユニットＳＷ２、限流リアクトルＬｆ、出力コンデンサＣｏ、入力コンデンサＣｉ、スイッチングユニットＳＷ１により電気回路のループが構成される。

還流ダイオードＤｂは、スイッチングユニットＳＷ１と入力コンデンサＣｉとの直列接続体、及び出力コンデンサＣｏと並列に接続される。ここで、還流ダイオードＤｂ、限流リアクトルＬｆ、出力コンデンサＣｏにより電気回路のループが構成される。

制御ユニットＣＵは、半導体スイッチＱｉ，半導体スイッチＱ１のそれぞれのゲート電極に制御信号を入力して、半導体スイッチＱｉ，半導体スイッチＱ１のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦ（導通／遮断）を制御する。また、制御ユニットＣＵは、入力コンデンサＣｉ及び出力コンデンサＣｏのそれぞれの電圧、限流リアクトルＬｆを流れる電流（Ｉ）の情報を取得する。ここで、限流リアクトルＬｆを流れる電流の計測は、電流センサＣＴにより行うこととしてよい。

［フローチャート］
次に、図２，図３に示したフローチャートを参照しながら、給電システム１Ａの状態に応じて系統接続制御装置１０Ａにより実行される制御処理の詳細を説明する。

図２には、負荷Ｒｌを起動する（負荷Ｒｌに直流電源Ｅを投入開始する）場合における、系統接続制御装置１０Ａの制御処理のフローチャートを示した。

図２に示されるように、制御ユニットＣＵは、スイッチングユニットＳＷ１の半導体スイッチＱｉと、スイッチングユニットＳＷ２の半導体スイッチＱ１とをＯＦＦ（開放）に切り替えて（Ｓ１）、その後に直流電源Ｅを投入する（Ｓ２）。

制御ユニットＣＵは、入力コンデンサＣｉの電圧（入力電圧）を監視し、入力電圧の立ち上がりを確認後（Ｓ３）、半導体スイッチＱｉをＯＮ（導通）に切り替える（Ｓ４）。例えば、制御ユニットＣＵは、入力コンデンサＣｉが所定の電圧まで充電された後に、半導体スイッチＱｉをＯＮに切り替えることとしてよい。

制御ユニットＣＵは、半導体スイッチＱｉをＯＮにした後に、半導体スイッチＱ１のＯＮ／ＯＦＦを高周波で切り替える高周波スイッチング制御を実行し（Ｓ５）、その間の出力電圧（出力コンデンサＣｏの電圧）の変化率ΔＶ_ＣＯを順次算出する（Ｓ６）。ここで、制御ユニットＣＵは、Ｓ６で算出した変化率ΔＶ_ＣＯが閾値Ｖ_ＴＨ以上（又はより大きい）である場合には（Ｓ７：Ｙ）、Ｑ１の高周波スイッチング制御におけるデューティ比（周期ＴとＯＮ時間τとの比＝τ／Ｔ）が小さくなるように更新する（Ｓ８）。例えば、周期Ｔを変えない場合には、ＯＮ時間τを短くし、ＯＮ時間τを変えない場合には、周期Ｔを長くするように更新することとしてよい。

制御ユニットＣＵは、Ｓ６で算出した変化率ΔＶ_ＣＯが閾値Ｖ_ＴＨ以上（又はより大きい）でない場合には（Ｓ７：Ｎ）、又はＳ８の後に、高周波スイッチング制御を終了するか否かを判定する（Ｓ９）。例えば、制御ユニットＣＵは、出力電圧の変化率が所定値以下となった場合や、出力電圧が所定値に達した（所定値以上となった）場合に、高周波スイッチング制御を終了すると判定することとしてよい。そして、制御ユニットＣＵは、高周波スイッチング制御を終了しない場合には（Ｓ９：Ｎ）、Ｓ５に戻り、高周波スイッチング制御を終了する場合には（Ｓ９：Ｙ）、半導体スイッチＱ１をＯＮに設定（固定）する（Ｓ１０）。以上が、負荷Ｒｌ立ち上げ時に、Ｃｉの電圧一定下においてＱ１を高周波スイッチングすることでＶ_ＣＯを制御する処理のフローである。

次に、図３に示されたフローチャートを参照しながら、負荷Ｒｌ運転時の系統接続制御装置１０Ａの制御処理について説明する。なお、以下のフローチャートにおいて、第１の閾値ＴＨ１＜第２の閾値ＴＨ２とする。

図３に示されるように、制御ユニットＣＵは、限流リアクトルＬｆに流れる電流Ｉを計測し（Ｓ１１）、電流Ｉが第１の閾値ＴＨ１以上である（又はより大きい）場合には（Ｓ１２：Ｙ）、さらに電流Ｉが第２の閾値ＴＨ２以上である（又はより大きい）か否かを判定する（Ｓ１３）。

ここで、制御ユニットＣＵは、計測された電流ＩがＴＨ２以上である（又はより大きい）場合には（Ｓ１３：Ｙ）、短絡等の事故が生じたと判定し（Ｓ１４）、半導体スイッチＱ１をＯＦＦに切り替えて、制御停止を行うとともに（Ｓ１５）、半導体スイッチＱｉをＯＦＦに切り替える（Ｓ１６）。そして、制御ユニットＣＵは、事故状態が終了しない場合には（Ｓ１７：Ｎ）、待機し、事故状態が終了した場合には（Ｓ１７：Ｙ）、運転の立ち上げ処理を実行する（Ｓ１８）。なお、運転の立ち上げ処理は、図２に示したフローチャートの通りであるため、ここでの説明は省略する。

また、制御ユニットＣＵは、Ｓ１３において、計測された電流ＩがＴＨ２以上でない（すなわち、ＩがＴＨ１以上、ＴＨ２より小さい）場合には（Ｓ１３：Ｎ）、半導体スイッチＱ１の高周波スイッチング制御を実行する（Ｓ１９）。ここで、高周波スイッチング制御を実行している間に、制御ユニットＣＵにより計測される電流ＩがＴＨ２以上となった場合には（Ｓ２０：Ｙ）、Ｓ１４に進み、停止処理を実行する。また、高周波スイッチング制御を実行している間に、制御ユニットＣＵにより計測される電流ＩがＴＨ２以上となっていない場合であって（Ｓ２０：Ｎ）、出力電圧（出力コンデンサＣｏの電圧）が降下から上昇に転じ、所定値まで回復したときには（Ｓ２１：Ｙ）、電流の上昇が負荷変動によるものと判定し、高周波スイッチング制御を終了して、半導体スイッチＱ１をＯＮに設定する（Ｓ２２）。また、制御ユニットＣＵは、Ｓ２１で、出力電圧が所定値まで回復していないときには（Ｓ２１：Ｎ）、Ｓ１９に戻り高周波スイッチング制御を継続する。

制御ユニットＣＵは、Ｓ１８又はＳ２２の後には、定常運転を実行し（Ｓ２３）、運転を終了しない場合には（Ｓ２３：Ｎ）、Ｓ１１に戻り、運転を終了する場合には（Ｓ２３：Ｙ）、半導体スイッチＱｉ，Ｑ１をＯＦＦ（開放）に切り替えて（Ｓ２５）、処理を終了する。

なお、以上のフローチャートのＳ２０において、電流Ｉが閾値ＴＨ２以上となった場合に事故判定を行っているが、例えば、出力電圧Ｖ_ＣＯが所定の閾値を下回った（又は以下となった）場合に、事故判定を行うこととしてもよい。

［動作波形の例示］
次に、負荷立ち上げ時、負荷変動時、短絡事故時においてそれぞれ系統接続制御装置１０Ａにより行われる制御処理の結果生じる、電圧、電流の動作波形の例について説明する。

図４には、負荷立ち上げ時の動作波形の例を示した。図４（Ａ）はＱ１をＭＯＳＦＥＴとした場合のドレインソース電圧、図４（Ｂ）は負荷電圧Ｖ_ＣＯ、図４（Ｃ）は限流リアクトル電流Ｉを示している。ここで、系統接続制御装置１０Ａは、負荷電圧の立ち上げ時には、半導体スイッチＱ１を高周波スイッチング（例えば、周波数２００ｋＨｚのＰＷＭ制御）させることにより、負荷電圧（出力電圧）を徐々に上昇させる。すなわち、限流リアクトルＬｆ、配線インダクタンスＬｓ、負荷入力コンデンサＣｌによる共振周期より長い時間で出力電圧を上昇させることにより、突入電流を抑制する。なお、ＬｆとＣｌとは、それぞれ系統接続制御装置１０Ａと負荷Ｒｌ（ＩＣＴ機器）を設計する際に決定される既知のパラメータである。ここで、Ｌｓは配線距離に依存するが、Ｌｆ＞＞Ｌｓであれば共振周期への影響は小さい。以上のように半導体スイッチＱ１を制御することにより、図４（Ｃ）に示されるように、負荷立ち上げ時に限流リアクトルＬｆに過電流（突入電流）が流れることを防止できる。

図５には、負荷変動時の動作波形の例を示した。図５（Ａ）はＱ１をＭＯＳＦＥＴとした場合のドレインソース電圧、図５（Ｂ）は負荷電圧Ｖ_ＣＯ、図５（Ｃ）は限流リアクトル電流Ｉを示している。負荷変動が生じると、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）に示されるように、負荷電圧が下がり、限流リアクトル電流が急激に変化する。ここで、系統接続制御装置１０Ａは、限流リアクトル電流ＩがＴＨ１≦Ｉ＜ＴＨ２となった場合には、図５（Ａ）に示されるように、高周波スイッチング制御を開始する。その結果、限流リアクトル電流がＴＨ２以上とならずに、負荷電圧が降下から上昇し、元の定常状態の電圧に戻った場合には、高周波スイッチング制御を終了して、定常運転に戻る。これにより、過電流が発生した場合に、それが事故か負荷変動に起因するものかを判断し、負荷変動である場合には、高周波スイッチング制御により過電流を抑えながら、速やかに定常運転に回復させることができる。

図６には、短絡事故時の動作波形の例を示した。図６（Ａ）はＱ１をＭＯＳＦＥＴとした場合のドレインソース電圧、図６（Ｂ）は負荷電圧Ｖ_ＣＯ、図６（Ｃ）は限流リアクトル電流Ｉを示している。短絡事故が発生すると、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示されるように、負荷電圧が下がり、限流リアクトル電流が急激に変化する。ここで、系統接続制御装置１０Ａは、限流リアクトル電流ＩがＴＨ２≦Ｉとなった場合には、事故が発生したと判断し、半導体スイッチＱ１をＯＦＦ（遮断）に切り替える。これにより、過電流が発生した場合に、それが事故か負荷変動に起因するものかを判断し、事故である場合には、速やかに電源と負荷Ｒｌとを切り離すことで、安全性を確保することができる。

［閾値の設定例］
次に、電流閾値の設定例について説明する。本発明では、負荷変動と短絡事故とに対してそれぞれ閾値（負荷変動に対しＴＨ１、短絡事故に対しＴＨ２）を設定している。すなわち、限流リアクトルＬｆまたは出力コンデンサＣｏの負荷Ｒｌ側を流れる電流Ｉが、ＴＨ１＜（又は≦）Ｉ＜（又は≦）ＴＨ２である場合，半導体スイッチＱ１を高周波スイッチング（例えば周波数２００ｋＨｚのＰＷＭ制御）することにより出力電圧を徐々に上昇させるよう制御する。この時、出力コンデンサＣｏ両端の出力電圧が設定値に回復すれば負荷変動と判断し、回復しなければ短絡事故等と判断して、半導体スイッチＱ１を遮断する。また、電流ＩがＴＨ２を超えた（又は以上である）場合は短絡事故等と判断し、即座に半導体スイッチＱ１を遮断する。

ここで、閾値（ＴＨ２）と限流リアクトルＬｆは、半導体スイッチＱ１のスイッチング周波数ｆ（スイッチング周期Ｔ＝１／ｆ）を用いた以下の式（１），（２）に基づいて決定することとしてよい。ここで、ＶＬは限流リアクトルＬｆ両端電圧であり、短絡事故時には入力電圧に等しくなる。Δｉは負荷Ｒｌ電流のスイッチング周期における最大増加量を表し、定格電流との和を求めることで１サイクル後の電流値を予測することができる。
ＶＬ＝Ｌｆ・Δｉ／Ｔ・・・（１）
Δｉ＝ＶＬ・Ｔ／Ｌｆ・・・（２）

例えば、Ｌｆ＝１００μＨ、半導体スイッチＱ１の高周波スイッチング制御における周波数を２００ｋＨｚ（周期Ｔ＝５μｓ）、ＶＬ＝３８０Ｖ（入力電圧に等しい）とすると、（２）式より、Δｉ＝１９Ａとなる。ここで、半導体スイッチＱ１の最大遮断可能電流が４０Ａ、定格電流１３Ａ（＝５ｋＷ／３８０Ｖ）の場合には、閾値ＴＨ２は２１Ａ（＝４０Ａ−１９Ａ）となる。ここで、閾値ＴＨ１は、定格電流値（１３Ａ）と閾値ＴＨ２（２１Ａ）の間（例えば、（１３Ａ＋２１Ａ）／２＝１７Ａ）で設定すればよい。

また、半導体スイッチＱ１を遮断した場合には、半導体スイッチＱ１、還流ダイオードＤｂ、入力コンデンサＣｉの閉ループに起因する浮遊インダクタンス（数μＨ〜数１００μＨの配線インダクタンス、限流リアクトルＬｆと比較して微小、数１０ｎＨレベルで実現可能）により過電圧が発生する。しかしながら、入力コンデンサＣｉにより配線インダクタンスＬｐに起因する半導体スイッチＱ１の遮断時電流変化（ｄｉ／ｄｔ）の影響（過電圧Ｌｄｉ／ｄｔ）を抑制し、還流ダイオードＤｂにより限流リアクトルＬｆと配線インダクタンスＬｓに起因する電流変化の影響を抑制できる。この場合、浮遊インダクタンスが十分に小さいため、過電圧は発生しない。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。以下には、本発明の他の実施形態について説明する。

[第２の実施形態]
図７には、本発明の第２の実施形態に係る系統接続制御装置１０Ｂを備えた給電システム１Ｂの構成図を示した。第２の実施形態に係る系統接続制御装置１０Ｂは、第１の実施形態に係る系統接続制御装置１０Ａに対して、スイッチングユニットＳＷ１を、配線インダクタとスイッチングユニットＳＷ２の間に直列に接続した点で相違するが、その他の点では共通している。

[第３の実施形態]
図８には、本発明の第３の実施形態に係る系統接続制御装置１０Ｃを備えた給電システム１Ｃの構成図を示した。第３の実施形態に係る系統接続制御装置１０Ｃは往路配線と復路配線の両方を遮断可能であり、第１の実施形態に係る系統接続制御装置１０Ａに対して、往路配線に半導体スイッチＱ１Ａを、復路配線に半導体スイッチＱ１Ｂを設け、復路配線から往路配線に還流ダイオードＤｂ１，Ｄｂ２を設けた点で相違するが、その他の点では共通している。

[第４の実施形態]
図９には、本発明の第４の実施形態に係る系統接続制御装置１０Ｄを備えた給電システム１Ｄの構成図を示した。第４の実施形態に係る系統接続制御装置１０Ｄは、入出力の方向を可変とすることができ、第１の実施形態に係る系統接続制御装置１０Ａのうち、スイッチングユニットＳＷ１Ａ、入力コンデンサＣｉ（又は出力コンデンサＣｏ）、スイッチングユニットＳＷ２Ａ、還流ダイオードＤｂ１からなるユニットを、限流リアクトルＬｆに対して対称に配置して構成される。対称に配置されるユニットは、スイッチングユニットＳＷ１Ｂ、出力コンデンサＣｏ（又は入力コンデンサＣｉ）、スイッチングユニットＳＷ２Ｂ、還流ダイオードＤｂ２を含み構成される。

[適用例]
以上説明した実施形態は、系統接続制御装置１０Ａを直流電源Ｅと負荷Ｒｌとの間の遮断装置として適用させた例であるが、図１０に示されるように、系統接続制御装置１０Ａを、複数の直流電源Ｅと、複数の負荷Ｒｌとの間の電力供給経路を動的に変更するための系統経路切替装置（スイッチ）として機能させることとしてもよい。ここで、系統接続制御装置１０には、上述した第１〜第４の実施形態に係る系統接続制御装置１０Ａ〜１０Ｄのいずれを適用することとしてもよい。ここで、給電システム２には、各系統接続制御装置１０と通信可能に接続され、複数の直流電源Ｅと複数の負荷Ｒｌとのそれぞれの状態に応じて、各系統接続制御装置１０Ａの切断／導通を制御する制御装置が備えられることとしてよい。

［効果］
また、本発明により奏される効果の一例は以下の通りである。

本発明に係る系統接続制御装置１０Ａ〜１０Ｄにおいては、直流電源Ｅと負荷Ｒｌとの導通／遮断を制御する半導体スイッチに、高周波スイッチングの平均値制御（ソフトスタート）を適用することで、半導体スイッチへ流入にする電流を、ソフトスタートを適用しない場合に比べて抑えることができる。そのため、半導体素子の小型化（チップサイズ低減）が可能である。また、半導体スイッチの制御にはＰＷＭ制御を用いて簡素化したことで、設計工程の簡素化・効率化が期待できる。また、半導体スイッチを安全動作領域境界上で動作させずに、安全動作領域内で動作させるようにしたことで、系統接続制御装置１０Ａ〜１０Ｄの信頼性向上や長寿命化が期待できる。また、本発明に係る系統接続制御装置１０Ａ〜１０Ｄは、外部の配線インダクタンスなど未知のパラメータに依存しないため、設計時間の短縮および最終的な製品コストダウンが期待できる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、半導体スイッチに並列接続されるダイオードは半導体スイッチが寄生ダイオードを有さない場合に設けることとしてよく、半導体スイッチが寄生ダイオードを有する場合には、半導体スイッチに並列接続されるダイオードを設けなくともよい。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，２給電システム、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ系統接続制御装置、Ｅ直流電源、Ｌｐ配線インダクタ、Ｌｓ配線インダクタ、Ｃｌ負荷入力コンデンサ、Ｒｌ負荷、ＳＷ１，ＳＷ１Ａスイッチングユニット、Ｃｉ入力コンデンサ、ＳＷ２，ＳＷ２Ａ，ＳＷ２Ｂスイッチングユニット、Ｄｂ，Ｄｂ１，Ｄｂ２還流ダイオード、Ｌｆ限流リアクトル、Ｃｏ出力コンデンサ、ＣＵ制御ユニット、Ｑｉ半導体スイッチ、Ｄｉダイオード、Ｒｉ限流抵抗、Ｑ１半導体スイッチ、Ｄ１ダイオード。

Claims

直流電源の正極と負荷を接続する往路配線と、前記直流電源の負極と前記負荷を接続する復路配線にそれぞれ接続し、前記直流電源から前記負荷との接続を制御する系統接続制御装置であって、
前記直流電源と並列に接続された第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサの充電及び放電を制御する、第１の半導体素子を備えた第１のスイッチングユニットと、
前記往路配線に設けられ、前記第１のコンデンサと前記直流電源との少なくとも一方から前記負荷側への電流の導通と遮断を制御する、第２の半導体素子を備えた第２のスイッチングユニットと、
前記第２のスイッチングユニットよりも前記負荷側において、前記復路配線と前記往路配線とを接続する配線に設けられた還流ダイオードと、
前記還流ダイオードよりも前記負荷側において前記往路配線に設けられた、前記負荷側へ流れる電流を限流する限流リアクトルと、
前記限流リアクトルよりも前記負荷側において、前記直流電源と並列に接続された第２のコンデンサと、
前記第１の半導体素子と前記第２の半導体素子のそれぞれの導通と遮断を制御するとともに、前記第２の半導体素子の導通と遮断を周期的に切り替える制御を行う制御ユニットと、を備える
ことを特徴とする系統接続制御装置。
前記第１の半導体素子が寄生ダイオードを有さない場合には、
前記第１のスイッチングユニットは、
前記第１の半導体素子と、
前記第１の半導体素子と並列に接続された第１のダイオードと、
前記第１の半導体素子と前記第１のダイオードとの並列接続体と、並列に接続された第１の抵抗と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の系統接続制御装置。
前記第２の半導体素子が寄生ダイオードを有さない場合には、
前記第２のスイッチングユニットは、
前記第２の半導体素子と、
前記第２の半導体素子と並列に接続された第２のダイオードと、を備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の系統接続制御装置。
前記制御ユニットは、
前記第２のコンデンサの電圧が上昇する場合に、前記第２の半導体素子の導通と遮断を、設定されたスイッチング周期で切り替える第１制御手段を備える
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の系統接続制御装置。
前記第１制御手段は、前記第２のコンデンサの電圧の上昇率が閾値以上である場合には、前記スイッチング周期におけるデューティ比を小さくする
ことを特徴とする請求項４に記載の系統接続制御装置。
前記第１制御手段は、前記第２のコンデンサの電圧の変化率が所定値以下となるか、又は前記第２のコンデンサの電圧の値が所定の電圧値以上となった場合に、前記第２の半導体素子の導通と遮断の切り替えを停止する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の系統接続制御装置。
前記制御ユニットは、
前記限流リアクトルに流れる電流が、第１の電流閾値と、該第１の電流閾値よりも大きい第２の電流閾値との間にある場合には、前記第２の半導体素子の導通と遮断を、設定されたスイッチング周期で切り替える第２制御手段を備える
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の系統接続制御装置。
前記第２制御手段は、前記電流計測手段により計測した電流が、前記第２の電流閾値以上である場合には、前記第２の半導体素子を遮断に切り替える
ことを特徴とする請求項７に記載の系統接続制御装置。
前記第２制御手段は、前記第２の半導体素子の導通と遮断の切り替えを継続している間に、前記第２のコンデンサの電圧が所定値まで回復した場合には、前記第２の半導体素子の導通と遮断の切り替えを停止し、その後前記第２の半導体素子を常時導通とする
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の系統接続制御装置。