JP2019092255A - 電源制御システムおよび整流器 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池から無線装置への給電が途絶えないよう、蓄電池への入出力電圧を自律的に適切に制御する。【解決手段】蓄電池11と、入力された商用電力を直流電力に変換して通信装置14および蓄電池11に出力するとともに出力電圧が可変とされた整流器10と、整流器10の出力電圧を調整することによって蓄電池11の充放電を制御する電力調整装置12と、を備える電源制御システム1において、整流器10は、電力調整装置12との間の通信不能状態を検知する検知部10Aと、通信不能状態が検知された場合に整流器10の出力電圧を蓄電池11の浮動充電電圧に切り替える切替部10Bと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、無線基地局などにおける電源に適用できる電源制御システム、および、該電源制御システムに含まれる整流器に関する。

近年、電力コストの削減、停電に対する耐力の向上等のために、サイクルユースの蓄電池及び太陽光発電を利用した電源システムを備えた無線基地局が注目されている（非特許文献１参照）。例えば、電力需要が高く電力料金の高い昼間に、蓄電池及び太陽光発電等から電力供給を行い、夜間の電力需要が低く電力料金の安い時間帯に、蓄電池の充電制御などを実施することで、電力コスト削減及び電力配電系統の安定化に寄与することができる。

古谷 崇・小宮一公・竹野和彦著「グリーン基地局試験装置のパワーシフト制御による自活率向上特性」、２０１５年総合大会講演論文集 Ｂ−９−１３、電子情報通信学会、２０１５年３月

無線基地局に設置されている蓄電池は、商用電力の停電時においても無線装置に給電するためのバックアップ電源として従来から利用されており、バックアップの最低限の役割を果たし安価なものにするため、蓄電池自身は、充電量および放電量を制御する機能を有しておらず、入出力が可能な限り充放電を行う。そのため、サイクルユースで利用する場合に、例えばデマンドレスポンスなどで想定される、ある一定の時間で、決められた容量の充放電を行う場合に蓄電池への入出力電圧をある程度制御しなければならない。また、無線基地局はさまざまな場所に多数設置されている。

このように多数存在する無線基地局のそれぞれについて、前述のような蓄電池への入出力電圧を上位のオペレーションシステム（Operation System：OpS）等により個別に制御することは現実的ではなく、無線基地局内で蓄電池から無線装置への給電が途絶えないよう上記の制御を自律的に実施することが待望される。

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、蓄電池から負荷（無線装置）への給電が途絶えないよう、蓄電池への入出力電圧を自律的に適切に制御することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る電源制御システムは、蓄電池と、入力された商用電力を直流電力に変換して負荷および前記蓄電池に出力するとともに、出力電圧が可変とされた整流器と、前記整流器の出力電圧を調整することによって前記蓄電池の充放電を制御する電力調整装置と、を備える電源制御システムであって、前記整流器は、当該整流器と前記電力調整装置との間の通信不能状態を検知する検知部と、前記検知部により前記通信不能状態が検知された場合に、当該整流器の出力電圧を前記蓄電池の浮動充電電圧に切り替える切替部と、を含むことを特徴とする。

上記の電源制御システムでは、通常は、電力調整装置が整流器の出力電圧を調整することによって蓄電池の充放電を制御するが、その一方で、整流器において検知部により整流器と電力調整装置との間の通信不能状態が検知されると、切替部が整流器の出力電圧を蓄電池の浮動充電電圧に切り替える。これにより、整流器と電力調整装置とが通信不能な状態にある場合に、かかる状態が自動的に検知され、整流器の出力電圧が蓄電池の浮動充電電圧に切り替えられるため、負荷への電力を供給しつつ蓄電池を充電でき、蓄電池から負荷への給電が途絶えないよう蓄電池への入出力電圧を自律的に適切に制御することができる。

本発明によれば、蓄電池から負荷への給電が途絶えないよう蓄電池への入出力電圧を自律的に適切に制御することができる。

発明の実施形態に係る電源制御システムの構成図である。 整流器の出力電圧調整による蓄電池の充放電制御の実施結果の一例を示す図である。 整流器ユニットのオン・オフ制御による蓄電池の充放電量制御の実施結果の一例を示す図である。 通信断の発生時に本発明を適用しない場合の整流器および蓄電池の状態を示す図である。 通信断の発生時に本発明を適用した場合の整流器および蓄電池の状態を示す図である。 整流器における処理動作を示すフロー図である。 電力調整装置、整流器等のハードウェア構成例を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態を説明する。

図１には、本実施形態における電源制御システム１のシステム構成図を示す。図１に示すように、電源制御システム１は、整流器１０と、蓄電池１１と、電力調整装置１２とを含んで構成される。この電源制御システム１は、例えば無線基地局に設けられており、無線基地局用の空調装置１５には、商用電源１３からの交流の商用電力が直接供給される構成とされている。

整流器１０は、商用電源１３からの交流の商用電力を直流電力に変換して、無線基地局用の通信装置１４（特許請求の範囲における「負荷」に相当）へ供給する。この整流器１０の出力電圧は可変とされている。

蓄電池１１は、整流器１０と通信装置１４の間に接続され、整流器１０から出力された直流電力により充電可能とされ、また、通信装置１４に直流電力を放電可能とされている。

電力調整装置１２は、整流器１０の出力電圧を調整することによって蓄電池１１の充放電を制御する。その詳細は後述する。また、電力調整装置１２は、整流器１０の出力電圧を任意のスケジュールで調整し、初期設定後は単独で（スタンドアローンで）動作を継続する。

上記の整流器１０は、本発明に関連する機能ブロック構成として、整流器１０と電力調整装置１２との間の通信不能状態を検知する検知部１０Ａと、検知部１０Ａにより通信不能状態が検知された場合に整流器１０の出力電圧を蓄電池１１の浮動充電電圧（ここでは54V）に切り替える切替部１０Ｂと、を含んで構成される。その処理動作は後述する。

また、整流器１０は、物理的には、複数（ここでは一例として６台）の整流器ユニットを含んで構成されており、電力調整装置１２は、複数の整流器ユニットの各々についてオン・オフ制御することにより、整流器１０全体としての出力電圧を調整する。本実施形態では、一例として、整流器１０は、出力電圧が可変な１台当り定格40Aの整流器ユニットを６台搭載し、負荷は5kWである。このような構成において、所定の時間で電力調整装置１２からの指示により整流器１０の出力電圧を制御することで蓄電池１１の充放電制御を実施した。その実施結果を図２に示す。

図２に示すように、電力調整装置１２からの指示により時間ｔ１に、整流器１０の出力電圧を54Vから45Vへ低下させることでバスラインの電圧が蓄電池１１の電圧未満になると、蓄電池１１から放電が開始され蓄電池電圧が降下し、時間ｔ２に蓄電池電圧が整流器出力電圧と同じになった時点で放電が終わる。その後、電力調整装置１２からの指示により時間ｔ３に、整流器１０の出力電圧を45Vから54V（蓄電池１１の浮動充電電圧）へ上げると、整流器１０からの出力電力が蓄電池１１に充電開始され、時間ｔ４に蓄電池電圧が54Vになった時点で満充電となる。

また、同様の環境で、整流器１０を構成する６台の整流器ユニットを、時間の経過とともに図３に示すようにオン・オフ制御する（稼動台数を増減させる）ことで、蓄電池１１の充放電量を変化させた。その実施結果を図３に示す。

図３に示すように、(1)初期状態で６台動作している整流器ユニットを、４台をオフし２台のみオンの状態（(2)の状態）にすると、整流器１０の定格出力が80Aとなるため5kW（54V、92A）の負荷に対し不足分の12Aを蓄電池１１から放電する。仮に５台をオフし１台のみオンの状態にすれば、蓄電池１１から52Aを放電することになる。
そして、(3)６台オンの状態に戻し、６台オンの状態で蓄電池１１から放電させ、その後、蓄電池１１への充電に切り替え、(4)２台をオフし４台のみオンの状態にすると、整流器１０の定格出力が160Aとなり、負荷（通信装置１４）に5kW（54V、92A）、蓄電池１１に68A充電する。
さらに、(5)３台をオフ、３台をオンの状態にすると、整流器１０の定格出力が120Aとなり、負荷（通信装置１４）に5kW（54V、92A）、蓄電池１１に28A充電する。このようにして、複数の整流器ユニットのオン・オフ制御により蓄電池１１の充放電容量を制御することが可能となる。また、予め電力調整装置１２に、図３のようなオン・オフ制御スケジュールをインプットすることで、外部からの制御なしに単独で（スタンドアローンで）動作を継続することが可能となる。

次に、上記と同様の環境で、整流器１０の出力電圧を、54V（蓄電池１１の浮動充電電圧）から45Vへ低下させ、蓄電池１１から放電させているときに、電力調整装置１２と整流器１０との間に通信断が発生した場合の状態を図４に示す。

即ち、図４に示すように、放電により蓄電池の電圧（すなわち蓄電容量）が下がり、電池電圧が45Vの状態のまま運用されている。つまり、緊急時のバックアップ容量が低い状態のまま蓄電池が運用されることから、いざという時のバックアップ時間が短くなってしまうため、電力調整システムと整流器との通信断を検知するヘルスチェック機能および、通信断が発生したときに浮動充電電圧（54V）での運用となるようなフェールセーフ機能が必要となる。

そこで、本実施形態における整流器１０は、整流器１０と電力調整装置１２との間の通信不能状態を検知する検知部１０Ａと、検知部１０Ａにより通信不能状態が検知された場合に整流器１０の出力電圧を蓄電池１１の浮動充電電圧（ここでは54V）に切り替える切替部１０Ｂと、を備え、上記のヘルスチェック機能およびフェールセーフ機能を実現する。

ここでは例えば、電力調整装置１２から整流器１０へ所定時間間隔（一例として１分間隔）で、状態取得のための所定の信号（以下「Get信号」と称する）が送信される環境にあるものとし、ヘルスチェック機能として、整流器１０内の検知部１０Ａは、上記のGet信号を所定のＮ回（ここでは一例として10回）連続して受信しなかった場合に、電力調整装置１２と整流器１０との間に通信断が発生したと判断する。

具体的には図６に示すように、検知部１０Ａは、連続の不受信回数をカウントするためのカウンタｋを０に初期設定した後（ステップＳ１）、１分間隔で送信される電力調整装置１２からのGet信号を受信したか否かをチェックする（ステップＳ２）。受信していれば通信断は発生していないと判断できるため、ステップＳ１へ戻る。

ステップＳ２でGet信号を受信していない場合は、カウンタｋを１つカウントアップし（ステップＳ３）、カウンタｋが、通信断発生と判断するための閾値であるＮ以上になったか否かをチェックする（ステップＳ４）。未だカウンタｋがＮ未満であれば、ステップＳ２へ戻り、Get信号の受信有無を再度チェックする。

そして、Get信号をＮ回連続して受信しなかった場合は、ステップＳ４で肯定判断され、ステップＳ５へ進み、切替部１０Ｂは、整流器１０の出力電圧を蓄電池１１の浮動充電電圧（ここでは54V）に切り替える。その後、所定条件を満たせば、通常運用へ戻す。

一方、Get信号をＮ回連続して不受信と判断される前に、Get信号を受信した場合は、ステップＳ２で肯定判断され、ステップＳ１へ戻り、カウンタｋは０に初期設定され、以後の処理が再度実行される。

以上のような処理により、整流器１０と電力調整装置１２との間の通信断状態にある場合に、かかる状態が自動的に検知され、整流器１０の出力電圧が蓄電池１１の浮動充電電圧に切り替えられるため、通信装置１４への電力を供給しつつ蓄電池１１を充電でき、蓄電池１１から通信装置１４への給電が途絶えないよう蓄電池１１への入出力電圧を自律的に適切に制御することができる。

図５に通信断の発生時に本発明を適用した場合の整流器および蓄電池の状態を示す。この図５に示すように、時間ｔａに通信断が発生した場合に、当該通信断の発生が速やかに検知され、時間ｔｂに整流器１０の出力電圧は蓄電池１１の浮動充電電圧（ここでは54V）に切り替えられる。これにより、整流器１０から通信装置１４へ電力を供給しつつ蓄電池１１を充電することができ、時間ｔｃに満充電状態に至り、その後、通常運用となる。このように、整流器１０と電力調整装置１２との間の通信断状態にあっても、電力調整装置１２からの制御無しに、蓄電池１１から通信装置１４への給電が途絶えないよう蓄電池１１への入出力電圧を自律的に適切に制御することができる。

なお、上記の実施形態の説明で用いたブロック図は、機能単位のブロックを示している。これらの機能ブロック（構成部）は、ハードウェア及び／又はソフトウェアの任意の組み合わせによって実現される。また、各機能ブロックの実現手段は特に限定されない。すなわち、各機能ブロックは、物理的及び／又は論理的に結合した１つの装置により実現されてもよいし、物理的及び／又は論理的に分離した２つ以上の装置を直接的及び／又は間接的に(例えば、有線及び／又は無線)で接続し、これら複数の装置により実現されてもよい。

例えば、上記の実施形態における電力調整装置１２、整流器１０等は、上述した処理を行うコンピュータとして機能してもよい。図７は、電力調整装置１２、整流器１０等のハードウェア構成の一例を示す図である。電力調整装置１２、整流器１０等は、物理的には、プロセッサ１００１、メモリ１００２、ストレージ１００３、通信装置１００４、入力装置１００５、出力装置１００６、バス１００７などを含むコンピュータ装置として構成されてもよい。

なお、以下の説明では、「装置」という文言は、回路、デバイス、ユニットなどに読み替えることができる。

電力調整装置１２、整流器１０等における各機能は、プロセッサ１００１、メモリ１００２などのハードウェア上に所定のソフトウェア（プログラム）を読み込ませることで、プロセッサ１００１が演算を行い、通信装置１００４による通信、並びに、メモリ１００２及びストレージ１００３におけるデータの読み出し及び／又は書き込みを制御することで実現される。

プロセッサ１００１は、例えば、オペレーティングシステムを動作させてコンピュータ全体を制御する。プロセッサ１００１は、周辺装置とのインターフェース、制御装置、演算装置、レジスタなどを含む中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）で構成されてもよい。

また、プロセッサ１００１は、プログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュール及びデータを、ストレージ１００３及び／又は通信装置１００４からメモリ１００２に読み出し、これらに従って各種の処理を実行する。プログラムとしては、上述の実施形態で説明した動作の少なくとも一部をコンピュータに実行させるプログラムが用いられる。例えば、電力調整装置１２、整流器１０等における各機能は、メモリ１００２に格納され且つプロセッサ１００１で動作する制御プログラムによって実現されてもよく、他の機能ブロックについても同様に実現されてもよい。上述の各種処理は、１つのプロセッサ１００１で実行される旨を説明してきたが、２以上のプロセッサ１００１により同時又は逐次に実行されてもよい。プロセッサ１００１は、１以上のチップで実装されてもよい。なお、プログラムは、電気通信回線を介してネットワークから送信されても良い。

メモリ１００２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの少なくとも１つで構成されてもよい。メモリ１００２は、レジスタ、キャッシュ、メインメモリ（主記憶装置）などと呼ばれてもよい。メモリ１００２は、本発明の一実施形態に係る方法を実施するために実行可能なプログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュールなどを保存することができる。

ストレージ１００３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc ＲＯＭ）などの光ディスク、ハードディスクドライブ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク(例えば、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク)、スマートカード、フラッシュメモリ(例えば、カード、スティック、キードライブ)、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ストリップなどの少なくとも１つで構成されてもよい。ストレージ１００３は、補助記憶装置と呼ばれてもよい。上述の記憶媒体は、例えば、メモリ１００２及び／又はストレージ１００３を含むデータベース、サーバその他の適切な媒体であってもよい。

通信装置１００４は、有線及び／又は無線ネットワークを介してコンピュータ間の通信を行うためのハードウェア（送受信デバイス）であり、例えばネットワークデバイス、ネットワークコントローラ、ネットワークカード、通信モジュールなどともいう。

入力装置１００５は、外部からの入力を受け付ける入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、マイクロフォン、スイッチ、ボタン、センサなど）である。出力装置１００６は、外部への出力を実施する出力デバイス（例えば、ディスプレイ、スピーカー、LEDランプなど）である。なお、入力装置１００５及び出力装置１００６は、一体となった構成（例えば、タッチパネル）であってもよい。

また、プロセッサ１００１、メモリ１００２などの各装置は、情報を通信するためのバス１００７で接続される。バス１００７は、単一のバスで構成されてもよいし、装置間で異なるバスで構成されてもよい。

また、電力調整装置１２、整流器１０等は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェアを含んで構成されてもよく、当該ハードウェアにより、各機能ブロックの一部又は全てが実現されてもよい。例えば、プロセッサ１００１は、これらのハードウェアの少なくとも１つで実装されてもよい。

以上、本実施形態について詳細に説明したが、当業者にとっては、本実施形態が本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではないということは明らかである。本実施形態は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更態様として実施することができる。したがって、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本実施形態に対して何ら制限的な意味を有するものではない。

本明細書で説明した各態様／実施形態の処理手順、シーケンス、フローチャートなどは、矛盾の無い限り、順序を入れ替えてもよい。例えば、本明細書で説明した方法については、例示的な順序で様々なステップの要素を提示しており、提示した特定の順序に限定されない。

入出力された情報などは特定の場所(例えば、メモリ)に保存されてもよいし、管理テーブルで管理してもよい。入出力される情報などは、上書き、更新、または追記され得る。出力された情報などは削除されてもよい。入力された情報などは他の装置へ送信されてもよい。

判定は、１ビットで表される値（０か１か）によって行われてもよいし、真偽値（Boolean：trueまたはfalse）によって行われてもよいし、数値の比較（例えば、所定の値との比較）によって行われてもよい。

本明細書で説明した各態様／実施形態は単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよいし、実行に伴って切り替えて用いてもよい。また、所定の情報の通知（例えば、「Ｘであること」の通知）は、明示的に行うものに限られず、暗黙的（例えば、当該所定の情報の通知を行わない）ことによって行われてもよい。

ソフトウェアは、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語と呼ばれるか、他の名称で呼ばれるかを問わず、命令、命令セット、コード、コードセグメント、プログラムコード、プログラム、サブプログラム、ソフトウェアモジュール、アプリケーション、ソフトウェアアプリケーション、ソフトウェアパッケージ、ルーチン、サブルーチン、オブジェクト、実行可能ファイル、実行スレッド、手順、機能などを意味するよう広く解釈されるべきである。

また、ソフトウェア、命令などは、伝送媒体を介して送受信されてもよい。例えば、ソフトウェアが、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイストペア及びデジタル加入者回線（ＤＳＬ）などの有線技術及び／又は赤外線、無線及びマイクロ波などの無線技術を使用してウェブサイト、サーバ、又は他のリモートソースから送信される場合、これらの有線技術及び／又は無線技術は、伝送媒体の定義内に含まれる。

本明細書で説明した情報、信号などは、様々な異なる技術のいずれかを使用して表されてもよい。例えば、上記の説明全体に渡って言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、チップなどは、電圧、電流、電磁波、磁界若しくは磁性粒子、光場若しくは光子、又はこれらの任意の組み合わせによって表されてもよい。

また、本明細書で説明した情報、パラメータなどは、絶対値で表されてもよいし、所定の値からの相対値で表されてもよいし、対応する別の情報で表されてもよい。

本明細書で使用する「判断(determining)」、「決定(determining)」という用語は、多種多様な動作を包含する場合がある。「判断」、「決定」は、例えば、判定(judging)、計算(calculating)、算出(computing)、処理(processing)、導出(deriving)、調査(investigating)、探索(looking up)（例えば、テーブル、データベースまたは別のデータ構造での探索）、確認(ascertaining)した事を「判断」「決定」したとみなす事などを含み得る。また、「判断」、「決定」は、受信(receiving)（例えば、情報を受信すること）、送信(transmitting)(例えば、情報を送信すること)、入力(input)、出力(output)、アクセス(accessing)（例えば、メモリ中のデータにアクセスすること）した事を「判断」「決定」したとみなす事などを含み得る。また、「判断」、「決定」は、解決(resolving)、選択(selecting)、選定(choosing)、確立(establishing)、比較(comparing)などした事を「判断」「決定」したとみなす事を含み得る。つまり、「判断」「決定」は、何らかの動作を「判断」「決定」したとみなす事を含み得る。

本明細書で使用する「に基づいて」という記載は、別段に明記されていない限り、「のみに基づいて」を意味しない。言い換えれば、「に基づいて」という記載は、「のみに基づいて」と「に少なくとも基づいて」の両方を意味する。

「含む（include）」、「含んでいる（including）」、およびそれらの変形が、本明細書あるいは特許請求の範囲で使用されている限り、これら用語は、用語「備える(comprising)」と同様に、包括的であることが意図される。さらに、本明細書あるいは特許請求の範囲において使用されている用語「または（or）」は、排他的論理和ではないことが意図される。

本明細書において、文脈または技術的に明らかに1つのみしか存在しない装置である場合以外は、複数の装置をも含むものとする。本開示の全体において、文脈から明らかに単数を示したものではなければ、複数のものを含むものとする。

１…電源制御システム、１０…整流器、１０Ａ…検知部、１０Ｂ…切替部、１１…蓄電池、１２…電力調整装置、１３…商用電源、１４…通信装置（負荷）、１５…空調装置、１００１…プロセッサ、１００２…メモリ、１００３…ストレージ、１００４…通信装置、１００５…入力装置、１００６…出力装置、１００７…バス。

Claims (4)

1. 蓄電池と、
   入力された商用電力を直流電力に変換して負荷および前記蓄電池に出力するとともに、出力電圧が可変とされた整流器と、
   前記整流器の出力電圧を調整することによって前記蓄電池の充放電を制御する電力調整装置と、
   を備える電源制御システムであって、
   前記整流器は、
   当該整流器と前記電力調整装置との間の通信不能状態を検知する検知部と、
   前記検知部により前記通信不能状態が検知された場合に、当該整流器の出力電圧を前記蓄電池の浮動充電電圧に切り替える切替部と、
   を含む、
   ことを特徴とする電源制御システム。
2. 前記整流器は、複数の整流器ユニットを含み、
   前記電力調整装置は、前記複数の整流器ユニットの各々についてオン・オフ制御することにより、前記整流器の出力電圧を調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源制御システム。
3. 前記電力調整装置は、前記整流器の出力電圧を任意のスケジュールで調整し、初期設定後は単独で動作を継続する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源制御システム。
4. 蓄電池と、
   入力された商用電力を直流電力に変換して負荷および前記蓄電池に出力するとともに、出力電圧が可変とされた整流器と、
   前記整流器の出力電圧を調整することによって前記蓄電池の充放電を制御する電力調整装置と、
   を備える電源制御システム、に設けられた前記整流器であって、
   当該整流器と前記電力調整装置との間の通信不能状態を検知する検知部と、
   前記検知部により前記通信不能状態が検知された場合に、当該整流器の出力電圧を前記蓄電池の浮動充電電圧に切り替える切替部と、
   を含む、当該整流器。

Images