JP2015201973A

JP2015201973A - 給電システム

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Publication number: JP2015201973A
Application number: JP2014079703A
Authority: JP
Inventors: 謙介村井; Kensuke Murai; 金井　康通; Yasumichi Kanai; 康通金井; 忠利馬場崎; Tadatoshi Babasaki; 佐江竹中; Sae Takenaka; 孔貴浅木森; Yoshitaka Asakimori; 健岩戸; Ken Iwato; 樋口　裕二; Yuji Higuchi; 裕二樋口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-11-12

Abstract

【課題】多数の分散電源から負荷への直流電力の供給の安定化を実現する。
【解決手段】第１の直流バスに接続されている第１のコンバータおよび第２のコンバータと、第２の直流バスに接続されている複数のコンバータと、複数のコンバータおよび少なくとも１つのコンバータに接続されている分散電源とを備え、直流バスの電圧の電圧降下が生じた場合に、予め決定された優先順位に従って、複数のコンバータから出力された電力を前記第２の直流バスに順次供給し、および少なくとも１つのコンバータから出力された電力を前記第３の直流バスに順次供給するとともに、供給中の複数のコンバータおよび少なくとも１つのコンバータから負荷までの経路中に在るコンバータから出力された電力を前記第１の直流バスに供給する。
【選択図】図３

Description

本発明は、給電システムに関し、より詳細には、複数の分散電源から出力する電力を制御して負荷に供給する給電システムに関する。

従来から、二酸化炭素の排出抑制や自然エネルギーの有効利用の観点から、分散電源を利用して負荷に給電する給電システムが知られている。本明細書では、分散電源は、例えば、太陽電池、蓄電池、燃料電池、ガスタービン発電機を含む。また、負荷は、例えば、サーバやルータ等のＩＣＴ（Information and Communication Technology：情報通信技術）装置を含む。

分散電源で出力された電力に係る電圧は、分散電源に接続されたコンバータによって調整され、調整された電力は負荷に供給される。負荷に供給される電力については、供給する分散電源を選択できることが望ましい。本明細書では、コンバータは、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータを含み、接続される分散電源の種類によって変化する。例えば、接続される分散電源が太陽電池、蓄電池、燃料電池の場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータが用いられ、接続される分散電源がガスタービン発電機の場合は、ＡＣ／ＤＣコンバータが用いられる。

そこで、或る条件に基づいて複数の分散電源に優先順位を付け、優先順位を付けられた分散電源からの出力電力を優先順位の高い順番に負荷へ供給するシステムが、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００４−０６４８１４号公報

図１に従来の給電システムの構成を示す。給電システム１は、商用交流系統２または複数の分散電源３から出力された電力を、コンバータを介して負荷４に供給する。複数の分散電源３は、分散電源３_１、分散電源３_２を含む。給電システム１は、商用交流系統２から出力された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータが内蔵された整流装置１１と、複数の分散電源３と、複数の分散電源３から出力された直流電力の電圧をそれぞれ調整する複数のコンバータ１２とを備える。複数のコンバータ１２は、コンバータ１２_１、コンバータ１２_２を含む。給電システム１は、直流バス１３と、整流装置１１に内蔵されたコンバータと複数のコンバータ１２から出力される電力を優先順位の高い順番に負荷４に供給する制御部１４とを備える。整流装置１１に内蔵されたコンバータと、複数のコンバータ１２と、負荷４とは、直流バス１３を介して接続されている。

図２に従来の給電システムにかかる、３種類のコンバータの動作の一例を示す。縦軸に直流バス１３の電圧を示し、横軸に右から分散電源３_１に接続されたコンバータ１２_１、分散電源３_２に接続されたコンバータ１２_２、商用交流系統２に接続された整流装置１１に内蔵されたコンバータを示す。分散電源３_１、分散電源３_２、商用交流系統２の順で優先順位が高いと仮定する。

制御部１４は、優先順位に基づいて、コンバータ１２_１、コンバータ１２_２、整流装置１１に内蔵されたコンバータの動作を制御する。負荷４の消費電力の増加または分散電源の供給電力量の低下が生じると、直流バス１３の電圧が変動する。そこで、制御部１４は、直流バス１３の電圧を測定して、測定した電圧に基づいてコンバータや整流装置に内蔵されたコンバータを稼動させる。

次にコンバータの動作の具体例を述べる。従来の給電システムには動作する電圧範囲が定められており、従来の給電システムが動作する電圧範囲を電圧α（Ｖ）から電圧ζ（Ｖ）とする。動作する電圧範囲は、負荷が動作する範囲ともいえる。α＞β＞γ＞δ＞ε＞ζと仮定する。

制御部１４は、直流バス１３の電圧がα（Ｖ）からβ（Ｖ）の間では、コンバータ１２_１の動作を停止させる。直流バス１３の電圧がβ（Ｖ）からγ（Ｖ）の間は、コンバータ１２_１における電力変化のために必要な電圧幅である。電力変化のために必要な電圧幅とは、コンバータに入力される電力とコンバータから出力される電力との調整を行うために必要な電圧幅である。例えば、直流バス１３の電圧がβ（Ｖ）になる場合、コンバータが稼動し始め、直流バス１３の電圧が（β−γ）／２（Ｖ）になる場合、コンバータが５０％稼動状態になり、γ（Ｖ）に到達すると、コンバータが１００％稼動状態になる。図２のグラフでは、単に「電力変化」と表す。制御部１４は、直流バス１３の電圧がγ（Ｖ）からζ（Ｖ）の間では、コンバータ１２_１を１００％稼動させる。図２のグラフでは、単に「稼動」と表す。

制御部１４は、直流バス１３の電圧がα（Ｖ）からγ（Ｖ）の間では、コンバータ１２_２の動作を停止させる。直流バス１３の電圧がγ（Ｖ）からδ（Ｖ）の間は、コンバータ１２_２における電力変化のために必要な電圧幅である。制御部１４は、直流バス１３の電圧がδ（Ｖ）からζ（Ｖ）の間では、コンバータ１２_２を１００％稼動させる。図２のグラフの記載については、コンバータ１２_１の場合と同様である。

制御部１４は、直流バス１３の電圧がα（Ｖ）からδ（Ｖ）の間では、整流装置１１に内蔵されたコンバータの動作を停止させる。直流バス１３の電圧がδ（Ｖ）からε（Ｖ）の間は、整流装置１１に内蔵されたコンバータにおける電力変化のために必要な電圧幅である。制御部１４は、直流バス１３の電圧がε（Ｖ）からζ（Ｖ）の間では、整流装置１１に内蔵されたコンバータを１００％稼動させる。図２のグラフの記載については、コンバータ１２_１の場合と同様である。

先ず、制御部１４は、優先順位が最も高い分散電源３_１から電力を出力させるように、分散電源３_１に接続されたコンバータ１２_１に稼動する指示を出し、コンバータ１２_１から出力された電力を負荷４に供給する。

次に、負荷４が電力を消費して直流バス１３の電圧がδ（Ｖ）となる場合、制御部１４で測定される電圧もδ（Ｖ）となるので、優先順位が２番目に高い分散電源３_２に接続されたコンバータ１２_２に１００％稼動させる指示を出し、コンバータ１２_２から出力された電力を負荷４に供給する。

次に、負荷４が電力をさらに消費して直流バス１３の電圧がε（Ｖ）となる場合、制御部１４で測定される電圧もε（Ｖ）となる。そこで、制御部１４は、優先順位が３番目に高い商用交流系統２に接続された整流装置１１に内蔵されたコンバータに１００％稼動させる指示を出し、整流装置１１に内蔵されたコンバータから出力された電力を負荷４に供給する。

また、負荷４が動作しなくなって直流バス１３の電圧がβ（Ｖ）となる場合、制御部１４で測定される電圧もβ（Ｖ）となる。そこで、制御部１４は、コンバータ１２_１、コンバータ１２_２、および整流装置１１に内蔵されたコンバータに停止する指示を出し、コンバータ１２_１、コンバータ１２_２、および整流装置１１に内蔵されたコンバータから出力された電力を負荷４に供給することを停止する。

したがって、優先順位の高い分散電源から順番に、分散電源に接続されたコンバータから負荷４に直流電力を供給することが可能になる。

しかしながら、図２に表したグラフにおいて、電力変化のために必要な電圧幅は、各コンバータが稼動するために必要な電圧幅であり、他のコンバータの電力変化のために必要な電圧幅と重複しないように設定しておく必要がある。

ここで、電力変化のために必要な電圧幅を他のコンバータの電圧幅と重複しないようにコンバータの台数を増設しようとすると、電力変化のために必要な電圧幅にコンバータの台数を乗じた値が、給電システムが動作する電圧範囲を超える可能性がある。給電システムが動作する電圧範囲を超えて給電システムを動作させようとすると、給電システムが機能しなくなるという問題があった。

また、電力変化のために必要な電圧幅を他のコンバータの電圧幅と重複しないようにコンバータの台数を増設して、電力変化のために必要な電圧幅にコンバータの台数を乗じた値が、給電システムが動作する電圧範囲を超えないように、給電システムが動作する電圧範囲を広げた場合を考える。すると、給電システムが動作する電圧範囲を広げれば広げるほど、増設したコンバータが稼動し始める電圧が低くなる場合があり、増設したコンバータの効率が低下する場合があるという問題があった。

さらに、電力変化のために必要な電圧幅を他のコンバータの電圧幅と重複しないようにコンバータの台数を増設して、電力変化のために必要な電圧幅にコンバータの台数を乗じた値が、給電システムが動作する電圧範囲を超えないように、電力変化のために必要な電圧幅を狭めた場合を考える。すると、電力変化のために必要な電圧幅を狭めると、上述した直流バスの電圧を測定する精度を高める必要が生じ、直流バスの電圧の測定の精度を高めると、その分コストが生じる問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、分散電源に接続されたコンバータの台数を増加させても、分散電源から負荷への直流電力の供給の安定化を実現できる給電システムを提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、分散電源から出力された電力をコンバータに入力し、該コンバータから出力された直流電力を負荷に供給する給電システムであって、前記負荷の入力に接続されている第１の直流バスと、前記第１の直流バスに接続されている第１のコンバータおよび第２のコンバータと、前記第１のコンバータの入力に接続されている第２の直流バスと、前記第２の直流バスに接続されている複数のコンバータと、前記複数のコンバータにそれぞれ接続されている分散電源と、前記第２のコンバータの入力に接続されている第３の直流バスと、前記第３の直流バスに接続されている少なくとも１つのコンバータと、前記少なくとも１つのコンバータに接続されている分散電源とを備え、前記複数のコンバータおよび前記少なくとも１つのコンバータは、予め決定された優先順位を有し、前記第１の直流バス、前記第２の直流バス、および前記第３の直流バスの電圧の電圧降下が生じた場合に、前記予め決定された優先順位に従って、前記複数のコンバータから出力された電力を前記第２の直流バスに順次供給し、および前記少なくとも１つのコンバータから出力された電力を前記第３の直流バスに順次供給するとともに、供給中の前記複数のコンバータおよび前記少なくとも１つのコンバータから前記負荷までの経路中に在る前記第１のコンバータおよび前記第２のコンバータから出力された電力を前記第１の直流バスに供給することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、負荷に供給する直流電力を出力するコンバータを動作する台数を増加することが可能となり、負荷に給電する分散電源を設置する台数を増加することが可能となる。また、本発明によれば、多数の分散電源から電力を負荷に供給することができるため、負荷への安定的な電力供給が可能となる。

従来の給電システムを示す構成図である。従来の給電システムにかかる、コンバータの動作の一例を示す図である。本発明の一実施形態にかかる給電システムを示す構成図である。本発明の一実施形態にかかる給電システムにかかる、直流バス６３１におけるコンバータの動作の一例を示す図である。本発明の一実施形態にかかる給電システムにかかる、直流バス６３２におけるコンバータの動作の一例を示す図である。本発明の一実施形態にかかる給電システムにかかる、直流バス６３３におけるコンバータの動作の一例を示す図である。本発明の一実施形態にかかる給電システムにかかる、直流バス６３４におけるコンバータの動作の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

（給電システムの構成）
図３に本発明の一実施形態にかかる給電システムの構成を示す。本発明の一実施形態にかかる給電システム６は、商用交流系統２または複数の分散電源５から出力された電力を、コンバータを介して負荷４に供給する。複数の分散電源５は、分散電源５_１、分散電源５_２、分散電源５_３、分散電源５_４、分散電源５_５、分散電源５_６を含む。

本発明の一実施形態にかかる給電システム６は、商用交流系統２から出力された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータが内蔵された整流装置６１と、複数の分散電源５と、複数の分散電源５から出力された直流電力の電圧をそれぞれ調整する複数のコンバータ６２とを備える。複数のコンバータ６２は、コンバータ６２_１、コンバータ６２_２、コンバータ６２_３、コンバータ６２_４、コンバータ６２_５、コンバータ６２_６、コンバータ６２_７、コンバータ６２_８、コンバータ６２_９を含む。

複数のコンバータ６２および整流装置６１に内蔵されたコンバータには、例えば、電力が直流バスを介して逆流しないようにダイオードがそれぞれ設けられる。

また、複数のコンバータ６２および整流装置６１に内蔵されたコンバータのそれぞれには、例えば、スイッチを備えられ、各スイッチは、直流バスに接続され、直流バスの電圧に基づいてＯＮするような構成となっている。例えば、コンバータのスイッチがＯＮする電圧は、予め決定された優先順位に従ってそれぞれ決定される。直流バスの電圧が変化すると、各スイッチに印加される電圧も変化し、スイッチがＯＮする電圧が印加されると、コンバータのスイッチがＯＮする。

ここで優先順位とは、負荷に供給される電力が出力される電源またはコンバータを、一定の基準によって優劣を決める順位をいう。一定の基準とは、例えば、環境に優しいか、電力代が安いか、等である。また、本実施形態では、優先順位は、直流バス毎に電源またはコンバータの順位が付けられる。

分散電源の中でも、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーを利用した発電は、発電装置を設置するための初期投資こそ掛かるが、一度設置すれば電気料金が掛からない。したがって、再生可能エネルギーを用いた発電は、優先順位が高くなる。

また、分散電源のうち、燃料電池およびガスタービン発電機は、例えば、ガスを燃料として発電しているので、通常の商用交流系統から供給される電力の電気料金よりも料金を安く抑えられるといった特長がある。したがって、燃料電池およびガスタービン発電機を用いた発電の優先順位は、再生可能エネルギーを用いた発電の次の優先順位になると考えられる。

商用交流系統は、安定して供給することができるが、分散電源から出力した電力より利点が少ないため、優先順位が低くなると考えられる。

なお、分散電源のうち、蓄電池は、太陽光発電、風力発電、燃料電池、ガスタービン発電機などの分散電源、および商用交流系統から出力した電力に基づく直流電力の余剰分を充電するので、充電した直流電力の元になる電力を出力した電源の種類、将来的な電力余剰量の見込み、等によって、優先順位が変化する。

分散電源５_１から出力された電力は、コンバータ６２_１に入力され、コンバータ６２_１で電圧を調整される。分散電源５_２から出力された電力は、コンバータ６２_２に入力され、コンバータ６２_２で電圧を調整される。分散電源５_３から出力された電力は、コンバータ６２_３に入力され、コンバータ６２_３で電圧を調整される。コンバータ６２_１から出力された電力と、コンバータ６２_２から出力された電力と、コンバータ６２_３から出力された電力は、コンバータ６２_７に入力される。

分散電源５_４から出力された電力は、コンバータ６２_４に入力され、コンバータ６２_４で電圧を調整される。分散電源５_５から出力された電力は、コンバータ６２_５に入力され、コンバータ６２_５で電圧を調整される。コンバータ６２_４から出力された電力と、コンバータ６２_５から出力された電力は、コンバータ６２_８に入力される。

分散電源５_６から出力された電力は、コンバータ６２_６に入力され、コンバータ６２_６で電圧を調整される。コンバータ６２_７から出力された電力と、コンバータ６２_８から出力された電力と、コンバータ６２_６から出力された電力は、コンバータ６２_９に入力される。

整流装置６１に内蔵されたコンバータから出力された電力と、コンバータ６２_９から出力された電力は、負荷４に供給される。整流装置６１に内蔵されたコンバータと負荷４との間には、負荷の種類に応じたコンバータが設置されるが、本明細書では省略する。

整流装置６１に内蔵されたコンバータと、コンバータ６２_９と、負荷４とは、直流バス６３１を介して接続されている。コンバータ６２_６と、コンバータ６２_７と、コンバータ６２_８と、コンバータ６２_９とは、直流バス６３２を介して接続されている。コンバータ６２_１と、コンバータ６２_２と、コンバータ６２_３と、コンバータ６２_７とは、直流バス６３３を介して接続されている。コンバータ６２_４と、コンバータ６２_５と、コンバータ６２_８とは、直流バス６３４を介して接続されている。

（コンバータの稼動）
本発明では、コンバータの優先順位を予め決定して、決定された優先順位に基づいてコンバータを稼動させる。

ここで、分散電源５_１を太陽光発電機、分散電源５_２を風力発電機、分散電源５_３をガスタービン発電機、分散電源５_４を第１の燃料電池、分散電源５_５を第２の燃料電池、分散電源５_６を蓄電池とそれぞれ仮定する。そして、太陽光発電機、風力発電機、ガスタービン発電機、第１の燃料電池、第２の燃料電池、蓄電池、商用交流系統２の順で優先順位が高いと仮定する。

したがって、直流バス６３３に接続されているコンバータの優先順位については、優先順位が最も高い分散電源５_１に接続されているコンバータ６２_１が、直流バス６３３における優先順位の最も高いコンバータとなり、優先順位が２番目の分散電源５_２に接続されているコンバータ６２_２が、直流バス６３３における優先順位の２番目のコンバータとなり、優先順位が３番目の分散電源５_３に接続されているコンバータ６２_３が、直流バス６３３における優先順位の３番目のコンバータとなる。

また、直流バス６３４に接続されているコンバータの優先順位については、優先順位が４番目の分散電源５_４に接続されているコンバータ６２_４が、直流バス６３４における優先順位の最も高いコンバータとなり、優先順位が５番目の分散電源５_５に接続されているコンバータ６２_５が、直流バス６３４における優先順位の２番目のコンバータとなる。

そして、優先順位が１番目の分散電源５_１に接続されているコンバータ６２_１と優先順位が２番目の分散電源５_２に接続されているコンバータ６２_２と優先順位が３番目の分散電源５_３に接続されているコンバータ６２_３とに接続されているコンバータ６２_７と、優先順位が４番目の分散電源５_４に接続されているコンバータ６２_４と優先順位が５番目の分散電源５_５に接続されているコンバータ６２_５とに接続されているコンバータ６２_８と、優先順位が６番目の分散電源５_６に接続されているコンバータ６２_６とを比較すると、直流バス６３２に接続されているコンバータの優先順位は、コンバータ６２_７、コンバータ６２_８、コンバータ６２_６の順に高くなる。

また、分散電源５に接続された複数のコンバータに接続されたコンバータ６２_９と、商用交流系統２に接続された整流装置６１に内蔵されたコンバータとを比較すると、直流バス６３１に接続されているコンバータの優先順位は、コンバータ６２_９、整流装置６１に内蔵されたコンバータの順に高くなる。

次にコンバータの動作の具体例を述べる。本発明の一実施形態の給電システムが直流バス６３１において動作する電圧範囲を電圧ａ（Ｖ）から電圧ｆ（Ｖ）とし、直流バス６３２において動作する電圧範囲を電圧ｇ（Ｖ）から電圧ｌ（Ｖ）とする。また、本発明の一実施形態の給電システムが直流バス６３３において動作する電圧範囲を電圧ｍ（Ｖ）から電圧ｒ（Ｖ）とし、直流バス６３２において動作する電圧範囲を電圧ｓ（Ｖ）から電圧ｘ（Ｖ）とする。そして、ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ＞ｆ、ｇ＞ｈ＞ｉ＞ｊ＞ｋ＞ｌ、ｍ＞ｎ＞ｏ＞ｐ＞ｑ＞ｒ、ｓ＞ｔ＞ｕ＞ｖ＞ｗ＞ｘ、と仮定する。

図４から図７に本発明の一実施形態の給電システムにかかる、コンバータの動作の一例を示す。図４に本発明の一実施形態の給電システムにかかる、直流バス６３１における２種類のコンバータの動作の一例を示す。縦軸に直流バス６３１の電圧を示し、横軸に右からコンバータ６２_９、整流装置６１に内蔵されたコンバータを示す。

予め、優先順位が高い順番に、コンバータのスイッチをＯＮする電圧を高くする。負荷４が消費する電力によって直流バス６３１の電圧が変動する。また、直流バス６３１の電圧が変動すると、後段の直流バス６３２の電圧、直流バス６３３の電圧、直流バス６３４の電圧も変動する。

直流バス６３１の電圧がａ（Ｖ）からｂ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_９のスイッチをＯＦＦし、コンバータ６２_９の動作は、停止する。直流バス６３１の電圧がｂ（Ｖ）からｃ（Ｖ）の間は、コンバータ６２_９における電力変化のために必要な電圧幅である。直流バス６３１の電圧がｃ（Ｖ）からｆ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_９のスイッチをＯＮし、コンバータ６２_９は、１００％稼動する。図４のグラフの記載については、図２に示すコンバータ１２_１の場合と同様である。

直流バス６３１の電圧がａ（Ｖ）からｄ（Ｖ）の間では、整流装置６１に内蔵されたコンバータのスイッチをＯＦＦし、整流装置６１に内蔵されたコンバータの動作は、停止する。直流バス６３１の電圧がｄ（Ｖ）からｅ（Ｖ）の間は、整流装置６１に内蔵されたコンバータにおける電力変化のために必要な電圧幅である。直流バス６３１の電圧がｅ（Ｖ）からｆ（Ｖ）の間では、整流装置６１に内蔵されたコンバータのスイッチをＯＮし、整流装置６１に内蔵されたコンバータは、１００％稼動する。

図５に本発明の一実施形態の給電システムにかかる、直流バス６３２における３種類のコンバータの動作の一例を示す。縦軸に直流バス６３２の電圧を示し、横軸に右からコンバータ６２_７、コンバータ６２_８、コンバータ６２_６を示す。

直流バス６３２の電圧がｇ（Ｖ）からｈ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_７のスイッチをＯＦＦし、コンバータ６２_７の動作は、停止する。直流バス６３２の電圧がｈ（Ｖ）からｉ（Ｖ）の間は、コンバータ６２_７における電力変化のために必要な電圧幅である。直流バス６３２の電圧がｉ（Ｖ）からｌ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_７のスイッチをＯＮし、コンバータ６２_７は、１００％稼動する。図５のグラフの記載については、図２に示すコンバータ１２_１の場合と同様である。

直流バス６３２の電圧がｇ（Ｖ）からｉ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_８のスイッチをＯＦＦし、コンバータ６２_８の動作は、停止する。直流バス６３２の電圧がｉ（Ｖ）からｊ（Ｖ）の間は、コンバータ６２_８における電力変化のために必要な電圧幅である。直流バス６３２の電圧がｊ（Ｖ）からｌ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_８のスイッチをＯＮし、コンバータ６２_８は、１００％稼動する。

直流バス６３２の電圧がｇ（Ｖ）からｊ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_６のスイッチをＯＦＦし、コンバータ６２_６の動作は、停止する。直流バス６３２の電圧がｊ（Ｖ）からｋ（Ｖ）の間は、コンバータ６２_６における電力変化のために必要な電圧幅である。直流バス６３２の電圧がｋ（Ｖ）からｌ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_６のスイッチをＯＮし、コンバータ６２_６は、１００％稼動する。

図６に本発明の一実施形態の給電システムにかかる、直流バス６３３における３種類のコンバータの動作の一例を示す。縦軸に直流バス６３３の電圧を示し、横軸に右からコンバータ６２_１、コンバータ６２_２、コンバータ６２_３を示す。

直流バス６３３の電圧がｍ（Ｖ）からｎ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_１のスイッチをＯＦＦし、コンバータ６２_１の動作は、停止する。直流バス６３３の電圧がｎ（Ｖ）からｏ（Ｖ）の間は、コンバータ６２_１における電力変化のために必要な電圧幅である。直流バス６３３の電圧がｏ（Ｖ）からｒ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_１のスイッチをＯＮし、コンバータ６２_１は、１００％稼動する。図６のグラフの記載については、図２に示すコンバータ１２_１の場合と同様である。

直流バス６３３の電圧がｍ（Ｖ）からｏ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_２のスイッチをＯＦＦし、コンバータ６２_２の動作は、停止する。直流バス６３３の電圧がｏ（Ｖ）からｐ（Ｖ）の間は、コンバータ６２_２における電力変化のために必要な電圧幅である。直流バス６３３の電圧がｐ（Ｖ）からｒ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_２のスイッチをＯＮし、コンバータ６２_２は、１００％稼動する。

直流バス６３３の電圧がｍ（Ｖ）からｐ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_３のスイッチをＯＦＦし、コンバータ６２_３の動作は、停止する。直流バス６３３の電圧がｐ（Ｖ）からｑ（Ｖ）の間は、コンバータ６２_３における電力変化のために必要な電圧幅である。直流バス６３３の電圧がｑ（Ｖ）からｒ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_３のスイッチをＯＮし、コンバータ６２_３は、１００％稼動する。

図７に本発明の一実施形態の給電システムにかかる、直流バス６３４における２種類のコンバータの動作の一例を示す。縦軸に直流バス６３４の電圧を示し、横軸に右からコンバータ６２_４、コンバータ６２_５を示す。

直流バス３６４の電圧がｓ（Ｖ）からｔ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_４のスイッチをＯＦＦし、コンバータ６２_４の動作は、停止する。直流バス３６４の電圧がｔ（Ｖ）からｕ（Ｖ）の間は、コンバータ６２_４における電力変化のために必要な電圧幅である。直流バス３６４の電圧がｕ（Ｖ）からｘ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_４のスイッチをＯＮし、コンバータ６２_４は、１００％稼動する。図７のグラフの記載については、図２に示すコンバータ１２_１の場合と同様である。

直流バス３６４の電圧がｓ（Ｖ）からｕ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_５のスイッチをＯＦＦし、コンバータ６２_５の動作は、停止する。直流バス３６４の電圧がｕ（Ｖ）からｖ（Ｖ）の間は、コンバータ６２_５における電力変化のために必要な電圧幅である。直流バス３６４の電圧がｖ（Ｖ）からｘ（Ｖ）の間では、コンバータ６２_５のスイッチをＯＮし、コンバータ６２_５は、１００％稼動する。

（給電システムの動作）
以下、本発明の一実施形態の給電システムの動作の一例について述べる。先ず、直流バス６３３における優先順位が高い分散電源から順次電力を出力させるように、コンバータ６２_１、コンバータ６２_２、およびコンバータ６２_３から出力された電力を直流バス６３３に順次供給するとともに、供給中のコンバータ６２_１、コンバータ６２_２、およびコンバータ６２_３から負荷４までの経路中に在るコンバータ６２_７から出力された電力を直流バス６３２に供給し、およびコンバータ６２_９から出力された電力を直流バス６３１に供給する。すなわち、分散電源５_１に接続されたコンバータ６２_１のスイッチと、直流バス６３２における優先順位が最も高いコンバータ６２_７のスイッチと、および直流バス６３１における優先順位が最も高いコンバータ６２_９のスイッチとがＯＮし、分散電源５_１から出力された電力を、コンバータ６２_７と、コンバータ６２_７と、コンバータ６２_９とを介して負荷４に供給する。

次に、負荷４の消費電力の増加または分散電源の供給電力量の低下が生じると、直流バス６３１の電圧が変動し、直流バス６３２の電圧が変動する。ここで、直流バス６３２の電圧が変動して、直流バス６３３の電圧が変動し、直流バス６３３の電圧がｐ（Ｖ）となる場合、コンバータ６２_２のスイッチに印加される電圧もｐ（Ｖ）となる。そして、コンバータ６２_２のスイッチはＯＮし、分散電源５_２から出力された電力は、コンバータ６２_２と、コンバータ６２_７と、コンバータ６２_９とを介して負荷４に供給される。

次に、負荷４の消費電力の増加または分散電源の供給電力量の低下がさらに生じて直流バス６３２の電圧がさらに変動して、直流バス６３３の電圧がｑ（Ｖ）となる場合、コンバータ６２_３のスイッチに印加される電圧もｑ（Ｖ）となる。そして、コンバータ６２_３のスイッチはＯＮし、分散電源５_３から出力された電力は、コンバータ６２_３と、コンバータ６２_７と、コンバータ６２_９とを介して負荷４に供給される。

負荷４の消費電力が増加または分散電源の供給電力量が低下すると、同様に、直流バス６３１の電圧が変動し、直流バス６３１の電圧が変動すると、直流バス６３２の電圧が変動する。ここで、直流バス６３２の電圧が変動してｊ（Ｖ）となる場合、コンバータ６２_８のスイッチに印加される電圧もｊ（Ｖ）となる。このとき、直流バス６３４の電圧がｕ（Ｖ）となる場合、コンバータ６２_４のスイッチに印加される電圧もｕ（Ｖ）となる。そこで、直流バス６３４における優先順位に従って、コンバータ６２_４およびコンバータ６２_５から出力された電力を直流バス６３４に順次供給するとともに、供給中のコンバータ６２_４およびコンバータ６２_５から負荷４までの経路中に在るコンバータ６２_８から出力された電力を直流バス６３２に供給し、およびコンバータ６２_９から出力された電力を直流バス６３１に供給する。すなわち、コンバータ６２_４のスイッチ、コンバータ６２_８のスイッチ、およびコンバータ６２_９のスイッチがＯＮし、分散電源５_４から出力された電力は、コンバータ６２_４と、コンバータ６２_８と、コンバータ６２_９とを介して負荷４に供給される。

次に、直流バス６３２の電圧がｊ（Ｖ）となるときに、直流バス６３４の電圧がｖ（Ｖ）となる場合、コンバータ６２_５のスイッチに印加される電圧もｖ（Ｖ）となる。そして、コンバータ６２_８およびコンバータ６２_５のスイッチは、それぞれＯＮし、分散電源５_５から出力された電力は、コンバータ６２_５と、コンバータ６２_８と、コンバータ６２_９とを介して負荷４に供給される。

負荷４の消費電力が増加または分散電源の供給電力量が低下すると、同様に、直流バス６３１の電圧が変動し、直流バス６３２の電圧が変動する。ここで、直流バス６３２の電圧が変動してｋ（Ｖ）となる場合、コンバータ６２_６のスイッチに印加される電圧もｋ（Ｖ）となる。ここで、コンバータ６２_６は、図３に示す複数の分散電源の中で優先順位が５番目に高い分散電源５_５に接続されたコンバータでもある。コンバータ６２_６のスイッチはＯＮし、分散電源５_６から出力された電力は、コンバータ６２_６と、コンバータ６２_９とを介して負荷４に供給される。

負荷４の消費電力が増加または分散電源の供給電力量が低下すると、同様に、直流バス６３１の電圧が変動する。直流バス６３１の電圧が変動してｅ（Ｖ）となる場合、整流装置６１に内蔵されたコンバータのスイッチに印加される電圧もｅ（Ｖ）となる。ここで、整流装置６１は、図３に示す複数の電源の中で優先順位が最も低い商用交流系統２に接続された整流装置６１でもある。そこで、例えば、複数のコンバータ６２の全てから出力された電力を供給しているときに、直流バス６３１において電圧降下が生じている場合に整流装置６１に内蔵されたコンバータから出力された電力を直流バス６３１に供給する。すなわち、整流装置６１に内蔵されたコンバータのスイッチがＯＮし、商用交流系統２から出力された電力は、整流装置６１に内蔵されたコンバータを介して負荷４に供給される。

よって、優先順位の高いコンバータから順番に、コンバータから負荷４に直流電力を供給することが可能になる。

したがって、優先順位の高い順番に、分散電源に接続されたコンバータから負荷４に直流電力を供給することが可能になり、優先順位の高い分散電源から電力を供給することが可能になる。

なお、本実施形態では、商用交流系統２の優先順位を最も低くしたが、商用交流系統２の優先順位を最も高くしてもよく、これに限られない。

本実施形態によれば、負荷に供給する直流電力を出力するコンバータを動作する台数を増加することが可能となり、負荷に給電する分散電源を設置する台数を増加することが可能となる。また、本実施形態によれば、多数の分散電源から電力を負荷に供給することができるため、負荷への安定的な電力供給が可能となる。

本発明の別の実施形態では、コンバータから出力される電力を、給電システムにさらに備えられた制御部で制御し、制御部で各コンバータのスイッチがＯＮする電圧の値を設定する方法であっても良い。例えば、制御部は、予め決定された優先順位に従って、各コンバータのスイッチがＯＮする電圧を決定しておく。制御部は、各コンバータにスイッチがＯＮする電圧値を送信し、各コンバータのスイッチのＯＮする電圧を設定するようにしてもよい。

また、本発明の別の実施形態では、各コンバータにスイッチを設ける代わりに、コンバータから出力される電力を、給電システムにさらに備えられた制御部で制御する方法でも良い。制御部は、予め、優先順位とコンバータが稼動する電圧とを紐付け、決定された優先順位を各コンバータに送信し、受信した優先順位に紐付いたコンバータが稼動する電圧でコンバータを稼動するようにしてもよい。

さらに、本発明の別の実施形態では、各コンバータにスイッチを設けず、給電システムに制御部も設けないような、コンバータから出力される電力を制御する方法であっても良い。具体的には、各コンバータにディップスイッチ等の入力部を設け、予め優先順位に従ってコンバータの直流バス側の電圧を、入力部においてそれぞれ設定しておく。なお、各コンバータは、常時稼動し、接続された直流バスの電圧が設定された電圧以下の時に直流バスに電力を供給する。これにより、負荷の電力消費量が増大する等によって直流バスの電圧が変化し、各コンバータから直流バスに電力の供給される電圧に到達すると、コンバータから直流バスに電力が順次供給される。この構成により、本発明の実施形態よりもシンプルな構成で、本発明の実施形態と同様の効果を実現することが可能となる。さらに、負荷が消費する電力の急激な変動や、分散電源から出力される電力の急激な低下が発生しても、各コンバータが常時稼動しているため、各コンバータからの電力の出力の瞬断を引き起こすことなく、負荷に電力を安定して供給することが可能となる。

１、６給電システム
２商用交流系統
３、３_１、３_２、３_３、５、５_１、５_２、５_３、５_４、５_５、５_６分散電源
４負荷
１１、６１整流装置
１２、１２_１、１２_２、１２_３、１２_ｎ、６２_１、６２_２、６２_３、６２_４、６２_５、６２_６、６２_７、６２_８、６２_９コンバータ
１３、６３１、６３２、６３３、６３４直流バス
１４制御部

Claims

分散電源から出力された電力をコンバータに入力し、該コンバータから出力された直流電力を負荷に供給する給電システムであって、
前記負荷の入力に接続されている第１の直流バスと、
前記第１の直流バスに接続されている第１のコンバータおよび第２のコンバータと、
前記第１のコンバータの入力に接続されている第２の直流バスと、
前記第２の直流バスに接続されている複数のコンバータと、
前記複数のコンバータにそれぞれ接続されている分散電源と、
前記第２のコンバータの入力に接続されている第３の直流バスと、
前記第３の直流バスに接続されている少なくとも１つのコンバータと、
前記少なくとも１つのコンバータに接続されている分散電源とを備え、
前記複数のコンバータおよび前記少なくとも１つのコンバータは、予め決定された優先順位を有し、
前記第１の直流バス、前記第２の直流バス、および前記第３の直流バスの電圧の電圧降下が生じた場合に、前記予め決定された優先順位に従って、前記複数のコンバータから出力された電力を前記第２の直流バスに順次供給し、および前記少なくとも１つのコンバータから出力された電力を前記第３の直流バスに順次供給するとともに、供給中の前記複数のコンバータおよび前記少なくとも１つのコンバータから前記負荷までの経路中に在る前記第１のコンバータおよび前記第２のコンバータから出力された電力を前記第１の直流バスに供給することを特徴とする給電システム。
前記負荷の入力に接続されている第４の直流バスと、
前記第４の直流バスに接続されている第３のコンバータおよび第４のコンバータとをさらに備え、
前記第１の直流バスは、前記第３のコンバータの入力に接続され、
前記第４のコンバータは、電力系統から出力された電力が入力され、
前記第４の直流バスの電圧の電圧降下が生じた場合に、前記予め決定された優先順位に従って、前記複数のコンバータから出力された電力を前記第２の直流バスに順次供給し、および前記少なくとも１つのコンバータから出力された電力を前記第３の直流バスに順次供給するとともに、供給中の前記複数のコンバータおよび前記少なくとも１つのコンバータから前記負荷までの経路中に在る、前記第１のコンバータ、前記第２のコンバータから出力された電力を前記第１の直流バスに供給し、および前記第３のコンバータから出力された電力を前記第４の直流バスに供給し、前記複数のコンバータおよび前記少なくとも１つのコンバータの全てから出力された電力を供給しているときに、前記電圧降下が生じている場合に前記第４のコンバータから出力された電力を前記第４の直流バスに供給することを特徴とする請求項１に記載の給電システム。