JP4881940B2 - 直流電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信ビルやデータセンタなどで用いられる直流電源装置に関する。

直流電源装置は通常複数台の整流器ユニットを、負荷に対して並列に接続して構成されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
各整流器ユニットは、負荷に対して並列に接続されているため、負荷への負荷電流を並列に接続しているそれぞれが均一に供給している。例えば、負荷に対して１００Ａを供給すする場合、並列に５台の整流器ユニットが設けられていると、それぞれの整流器ユニットが２０Ａずつ電源を供給することとなる。
特開２００６−３１１７３６号公報 特開２００７−３１８９４９号公報

しかしながら、実際に直流電源装置を運用していくうえでは、常に、負荷電流が最大になる場合を想定し、直流電源装置内の全ての整流器ユニットを稼働させておく必要があり、整流器ユニットが低い負荷率（出力電流／定格電流）で運転せざるを得ない場合がある。しかし、一般的に、整流器ユニットが低負荷率で運転する場合、電力変換効率は低く、整流器ユニット内の電力変換において余分な電力損失が発生していることがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、交流電力を直流電力に変換する複数整流器ユニットを搭載する直流電源装置が非効率的な負荷率で運転している場合において、負荷電流を出力する整流器ユニットの台数を制御することにより、高い電力変換効率で整流器ユニットを運転でき、従来と比して電力損失の低減を可能とする直流電源装置を提供することを目的とする。

本発明の直流電源装置は、交流電力を入力し、直流電力を出力する出力端子との間に並列に接続された複数の整流器ユニットと、前記直流電力の電流値を測定し、当該直流電力の電流値を出力する電流センサと、前記電流値により、前記整流器ユニット各々の交流から直流への変換の損失が最小となる前記整流器ユニットの稼働台数を求め、当該稼働台数の整流器ユニットから直流電力が出力されるよう制御する稼働台数制御部とを有し、前記整流器ユニットが、自身の出力電圧を分圧回路により分圧した検出電圧値と、予め設定された基準電圧とを比較し、出力電圧の制御を行い、ダイオードを介して出力電圧を出力し、前記稼働台数制御部が、分圧回路の分圧比を制御することにより、前記稼働台数に対応した整流ユニットの稼働制御を行うことを特徴とする。

本発明の直流電源装置は、前記稼働台数制御部が前記分圧回路の分圧比を制御し、分圧前に比較して検出電圧値を高くし、出力電圧の電圧値を、稼働時の出力電圧に比較して低下させることにより、前記整流器ユニットからの直流電力の供給を停止させることを特徴とする。

本発明の直流電源装置は、前記分圧回路が、抵抗を直列に接続して構成され、いずれかの抵抗と並列に開閉器が接続された構成であり、 前記稼働台数制御部が前記開閉器を開閉制御することにより、前記分圧回路の分圧比を制御することを特徴とする。

本発明の直流電源装置は、前記検出電圧値が、負荷が稼働する負荷の入力電圧範囲に前記出力電圧の電圧値が含まれるよう設定されていることを特徴とする。

本発明の直流電源装置は、前記稼働台数制御部が、前記直流電力の電流値と、当該電流値において電力損失の最も小さい整流器ユニットの稼働台数とが対応して設定されている稼働台数テーブルと、前記電流センサからの前記電流値に対応する前記整流器ユニットの稼働台数を、前記稼働台数テーブルから読み出し、整流器ユニットの稼働台数を求める算出部と、前記算出部が求めた稼働台数に対応させて、前記開閉器を制御する制御部とを有していることを特徴とする。

本発明の直流電源装置は、前記稼働台数制御部が、前記整流器ユニット１台当たりの出力する電流値と、当該電流値の場合の電力損失とを対応付けた損失テーブルと、前記電流センサからの前記電流値を、現在稼働している整流器ユニットの稼働台数により除算し、１台当たりの出力電流の第１の電流値を求めて、この第１の電流値に対応する電力損失を前記損失テーブルから読み出すとともに、現在の稼働台数を１台ずつ増減した台数により、前記電流センサからの前記電流値を除算し、それぞれ第２及び第３の電流値を求め、当該第２及び第３の電流値各々に対応する電力損失を前記損失テーブルから読み出し、第１の電流値における電力損失が第２及び第３の電流値における電力損失より小さい場合、現在の稼働台数を算出結果として出力し、また、減らした台数における電力損失が小さい場合、最も小さい電力損失となる台数まで減算し、一方、増加した台数における電力損失が小さい場合、最も小さい電力損失となる台数まで増加し、最も小さな電力損失を得た台数を前記整流器ユニットの稼働台数として出力する算出部と、前記算出部が求めた稼働台数に対応させて、前記開閉器を制御する制御部とを有してい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、負荷電力が変化し、負荷に流れる負荷電流（直流電源が出力する出力電流）が低下しても、低下した出力電流において最も電力損失の小さい整流器ユニットの稼働台数を求め、この稼働台数となるように、稼働させない整流器ユニットの出力電圧を低下させることで容易に変換効率の良い台数にて整流器ユニットを稼動させることができ、従来に比較して余分なエネルギー消費を抑制することができる。

また、本発明によれば、負荷電流が急激に上昇しても直流電源装置の出力電圧が稼働させない整流器ユニットの出力電圧値からダイオードの順方向電圧降下値を減じた電圧値にて前記ダイオードがターンオンし、負荷が必要な電圧値のレベルを維持することができる。

＜第１の実施形態＞
以下、図を用いて本発明の第１の実施形態の直流電源装置の説明を行う。図１は本発明の第１の実施形態による直流電源装置の構成例を示すブロック図である。
この図に示すように、本実施形態による直流電源装置１は、商用系統電力源（交流電源）１００から交流電力を入力し、ＦＩＬ部２−１ａを介してＰＦＣ部２−１ｂにて直流電力に整流し、負帰還回路による定電圧制御されたＤＣ−ＤＣ部２−１ｃにて安定化された直流電力を負荷設備２００に供給している。
直流電源装置１は、整流器ユニット２−１、整流器ユニット２−２、整流器ユニット２−３、…、整流器ユニット２−ｎと、電流センサ３と、電流計測部４及び稼働台数制御部５とを有している。

整流器ユニット２−１〜整流器ユニット２−ｎの各々は、商用系統電力源１００と負荷設備２００との間に並列に設けられ、それぞれの出力が接続点Ａにおいて接続され、接続点Ｂによりそれぞれの入力が商用系統電力源１００に接続されている。
電流センサ３は、接続点Ａと出力端子９との間に設けられており、出力端子９から出力される負荷電流の電流値を測定し、測定した電流値を電流計測部４へ出力する。

電流計測部４は、入力される電流値を、予め設定された一定の測定周期により読み込み、電流値データとして稼働台数制御部５へ出力する。
稼働台数制御部５は、電流計測部４から入力される電流値データにより、整流器ユニット２−１〜整流器ユニット２−ｎ各々の交流から直流変換する際の電力損失が最小となる整流器の稼働台数を求め、求められた稼働台数の整流器から直流電力が出力されるよう制御する。

上記整流器ユニット２−１〜整流器ユニット２−ｎの各々は同様な構成をしており、以下、整流器ユニット２−１により整流器ユニットの構成を説明するが、他の整流器ユニット２−２〜２−ｎも、以下説明する整流器ユニット２−１と同様の構成をしている。
整流器ユニット２−１は、ＦＩＬ部２−１ａ、ＰＦＣ部（力率改善機能を有した整流回路）２−１ｂ、αＣ−ＤＣ部２−１ｃ、分圧回路２−１ｄ、変換制御部２−１ｆ及びダイオード２−１ｇから構成されている。
ＦＩＬ部２−１ａは、ローパスフィルタからなり、商用系統電力源１００から入力される交流電流の波形に重畳しているノイズの除去を行う。ＰＦＣ部２−１ｂは、高周波スイッチングによる力率改善機能を有した整流回路である。
ＤＣ−ＤＣ部２−１ｃは、変換制御部２−１ｆが出力する駆動パルスのデューティ比（上記パルスの１周期における「Ｈ」レベルの期間と「Ｌ」レベルの期間の比）により、入力される直流電圧を、上記デューティ比に対応し、かつ安定した電圧値の直流電圧に変換する。

上記分圧回路２−１ｄは、例えば抵抗Ｒ１（抵抗値ｒ１）、Ｒ２（抵抗値ｒ２）、Ｒ３（抵抗値ｒ３）が、ＤＣ−ＤＣ部２−１ｃの出力（ダイオード２−１ｇを介して整流器ユニットの＋側端子に接続されている）と、整流器ユニットの−側端子との間に直列に接続され、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３の接続点Ｐと整流器ユニットの−側端子において、開閉器２−１ｅが抵抗Ｒ３と並列に接続されている。この分圧回路２−１ｄの出力する分圧電圧は抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点Ｑの電圧となる。上記開閉器２−１ｅが開（非導通状態）とされた場合、接続点Ｑの分圧電圧値は、ＤＣ−ＤＣ部２−１ｃの出力する電圧をＶhとすると、Ｖins＝Ｖh・（ｒ２＋ｒ３）／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３）となり、一方、記開閉器２−１ｅが閉（導通状態）とされた場合、抵抗Ｒ３がキャンセルされるため、接続点Ｑの分圧電圧値は、Ｖdis＝Ｖh・（ｒ２）／（ｒ１＋ｒ２）となる。ここで、開閉器を用いているが継電器または接触器または半導体スイッチ（例えばトランジスタ）または外部信号により開閉操作ができる遮断器などを用いても良い。

ここで、同一のＶhにおいて、Ｖdis＞Ｖinsとなるように、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値を設定しておくことにより、変換制御部２−１ｆは、上記開閉器２−１ｅが閉（導通状態）から開（非導通状態）にすると、閉状態に比較して、整流器ユニット２−１の出力電圧の電圧値を低い電圧値に制御することになる。
上記変換制御部２−１ｆは、増幅回路２−１ｆ１と、コンパレータ２−１ｆ２と、ドライブ回路２−１ｆ３と、基準電圧源２−１ｆ４と、三角波発生回路２−１ｆ５とから構成されている。
そして、増幅回路２−１ｆ１は、分圧回路２−１ｄから入力される分圧電圧値と、内部の基準電圧源２−１ｆ４の出力する基準電圧値（出力電圧を予め設定した電圧値に制御する電圧）とを比較し、その差分を増幅して次段のコンパレータ２−１ｆ２へ出力する。
増幅回路２−１ｆ１は、非反転入力端子（＋）に上記基準電圧値が印加され、反転入力端子（−）及び出力端子間に抵抗Ｒ４が接続されており、反転入力端子（−）に抵抗Ｒ５を介して上記分圧電圧値が入力されている。

コンパレータ２−１ｆ２は、増幅回路２−１ｆ１により、基準電圧値と分圧電圧値との差分が増幅された電圧値と、三角波発生回路２−１ｆ５から出力される三角波の電圧値と比較し、増幅された電圧値を超える三角波の電圧値の時間幅を「Ｈ」レベルとし、増幅された電圧値未満の三角波の電圧値の時間幅を「Ｌ」レベルとしたパルスとして、ドライブ回路２−１ｆ３に対して出力する。
ドライブ回路２−１ｆ３は、入力されるパルスを駆動パルスとして、ＤＣ−ＤＣ部２−１ｃに対して出力する。
ＤＣ−ＤＣ部２−１ｃは、入力される駆動パルスのデューティに（時比率）おいて、「Ｈ」レベルの期間が長くなるほど出力電圧の電圧値を高くすることになる。

すなわち、変換制御部２−１ｆは、分圧回路２−１ｄの出力する分圧電圧値が基準電圧より高くなれば、予め設定された出力電圧の電圧値が出力されているとして、ＤＣ−ＤＣ部２−１ｃに対する駆動パルスの「Ｈ」レベルの期間を短くする。
このため、開閉器２−１ｅを閉から開にすることにより、検出電圧値が上昇すると、変換制御部２−１ｆは、予め設定されている稼働時の出力電圧値未満でありダイオード２−１ｇがターンオフする電圧値（待機時電圧値）を、ＤＣ−ＤＣ部２−１ｃが出力するように、駆動パルスをＤＣ−ＤＣ部２−１ｃに対して出力する。
直流電力の出力を停止した整流器ユニット２−１は、ＤＣ−ＤＣ部２−１ｃの出力がダイオードを介して接続点Ａにおいて接続されているため、開閉器が閉から開となっていると、出力電圧が待機時電圧値であり、他の稼働している整流ユニットの出力する稼働時電圧値より低くダイオード２−１ｇがターンオフしているため、ダイオード２−１ｇのアノードからカソード方向には、電流が流れない状態となり、直流電力出力を停止した状態となる。
したがって、稼働台数制御部５は、算出した稼働台数となるよう、各整流器ユニット開閉器を開閉制御することにより、各開閉器ユニットを稼働状態あるいは待機状態とする。
すなわち、稼働台数制御部５は、整流器ユニット２−１〜２−ｎ各々の分圧回路の分圧比を制御し、分圧前に比較して検出電圧値を高くし、出力電圧の電圧値を、稼働時の出力電圧に比較して低下させることにより、整流器ユニットの直流電力出力を停止させている。
また、本実施形態においては、分圧回路２−１ｄにおいて、Ｂ接点タイプの開閉器２−１ｅを用いているが、枠Ｚ内に記載した分圧回路２−１ｄのＡ接点タイプの開閉器２−１ｅを用いた構成としても良い。
すなわち、枠Ｚ内の分圧回路２−１ｄにおいては、増幅回路２−１ｆ１の反転入力端子（−）に入力される検出電圧値が、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との間の接続点Ｑから出力される。そして、開閉器２−１ｅは、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の接続点Ｐと、抵抗Ｒ２及び抵抗Ｒ３の接続点Ｑとの間に接続されている。したがって、枠Ｚの分圧回路２−１ｄを用いた場合、すでに述べた開閉器の開閉制御とは逆に、整流器ユニットを稼働状態とする場合、開閉器２１ｅを開として、整流器ユニットの出力電圧を稼働時電圧値とし、整流器ユニットから直流電力出力を出力させる。一方、整流器ユニットを停止状態とする場合、開閉器２１ｅを閉として、検出電圧値を稼働状態に比較して高くし、整流器ユニットの出力電圧を低下させて待機時電圧値とし、ダイオード２−１ｇをターンオフさせ、整流ユニットの直流電力出力を停止させる。

次に、図２を用いて図１における稼働台数制御部５の説明を行う。図２は、図１における稼働台数制御部５の構成を示す概念図である。
稼働台数制御部５は、入力部１１、演算部１２、タイマー１３、記憶部１４及び制御部１５から構成されている。
制御部１５は、負荷電流の電流値と、この電流値において電力損失が最小となる稼働台数とが対応して示された稼働台数テーブルを、上記入力部１１を介して読み込み、上記記憶部１４に直流電源装置の稼働前に予め記憶させる。
また、制御部１５は、電流計測部４から入力される負荷電力の電流値を、読み込んだ時刻に対応して時系列に記憶部１４に記憶し、制御周期において稼働台数の演算を行う際、最新の時刻に対応した負荷電力の電流値を記憶部１４から読み出し、演算部１２に対して出力する。

タイマー１３は、時間をカウントし、稼働台数制御部８が整流器の稼働台数を制御する上記制御周期となると、周期通知信号を制御部１５へ出力する。
演算部１２は、上記制御周期において制御部１５から入力される負荷電流の電流値に対応する稼働台数を、記憶部１４の稼働台数テーブルから読み出す。

上記稼働台数テーブルは、すでに説明したように、図３に示すように、負荷電流の電流値と、この負荷電流のときに最も電力損失の小さい稼働台数とするために整流器ユニットを停止させる台数（停止台数）との対応を示すテーブルである。図３の稼働台数テーブルは、直流電源装置の有する整流器ユニットがｎ＝８台として示してある。この図においては、停止台数を示しているが、稼働台数を示すように形成してもよい。

以下に、このテーブルの作成方法を説明する。
整流器ユニット２−１〜２−ｎの各々は、一定かつ同一電圧を目標とした電圧制御（ＣＶ）のため、複数が並列に接続され、出力が全て共通に接続されていると、直流電源装置から出力される負荷電流を、稼働台数で除算した電流値が均等に配分されて出力される。
直流電源装置の出力する負荷電流ＩLを、その負荷電流ＩLを合計して供給できる最低の稼働台数以上の台数にて除算し、異なる稼働台数毎における各整流器ユニット単位の出力電流を算出する。

例えば、整流器ユニット１台で供給できる最大の負荷電流ＩLの場合、以下に示す式により、各整流器ユニットの出力する出力電流がＩ_ｕｎ’として求められる。
Ｉ_ｕｎ’＝ＩL／ｎ’、Ｉ_ｕｎ’＝ＩL／（ｎ’−１）、…、Ｉ_ｕｎ’＝ＩL
ここで、出力電流Ｉ_ｕｎ’は整流器ユニットｎ’台にて運転した場合における各整流器ユニットの出力電流を示している。

そして、算出した各出力電流に対応した電力損失Ｐを、整流器ユニットの「負荷電流−損失電力」特性（例えば負荷電流に対応した損失が示された表）から読み出し、それぞれに除算した際の整流器ユニットの台数を乗算し、各台数毎の総電力損失を算出する。すなわち、出力電流がＩ_ｕｎ’の場合、求められた電力損失Ｐ_ｕｎ’に対してｎ’を乗算し、直流電源装置における総電力損失を計算する。そして、最も小さな総電力損失となる整流器ユニットの台数を、負荷電流ＩLの稼働台数とし、全体の整流器ユニットの台数からこの稼働台数を減算し、停止台数を求める。

１台の整流器ユニットにて出力できる負荷電流ＩLから、直流電源装置に設けられている全整流器ユニットの台数で、出力できる最大の負荷電流ＩLunitまで、所定の負荷電流の範囲毎に計算し、それぞれの負荷電流ＩLにおける総電力損失を最小とする最適な稼働台数を求め、負荷電流ＩLに対応し、この負荷電流ＩLmaxの際に停止する整流器ユニットの数を示し、稼働台数テーブルを作成する。

次に、図１から図３を用い、第１の実施形態による直流電源装置の動作例を説明する。
記憶部１４には、すでに図３に示す稼働台数テーブルが読み込まれている状態にて説明する。
ａ．電流計測部４は、予め設定された周期毎に電流センサ４の出力する負荷電流の電流値を読み込み、稼働台数制御部５へ出力する。
制御部１５は、入力される負荷電流の電流値を、入力された時刻に対応して記憶部１４に書き込む。
ｂ．タイマー１３から制御周期を示す周期通知信号が入力されると、制御部１５は、現在の時刻に最も近い時刻に対応し、記憶部１４に記憶されている負荷電流の電流値、すなわち最新の電流値を読み出し、演算部１２へ出力する。
ｄ．演算部１２は、入力される負荷電流の電流値に対応した停止台数を記憶部１４の稼働台数テーブルから読み出し、制御部１５へ出力する。
ｅ．制御部１５は、現時点の直流電源装置において、演算部１２から入力される停止台数と同一とするため、各整流器ユニットにおける分圧回路の開閉器の閉（導通状態）開（非導通状態）制御を行う。
上述したｂ．〜ｅ．の処理が各周期及び制御周期毎にて行われる。ａ．については予め設定された測定周期にて繰り返し行われる。

上記ｅにおいて、例えば、直流電源装置に２−１〜２−８の８台の整流器ユニットがあり、現在停止している台数が３台（２−１〜２−３）である場合、停止台数が４台として演算部１２から入力されると、制御部１５は番号順に整流器ユニット２−４の分圧回路における開閉器を開とし、整流器ユニット２−１〜２−４までの４台を出力停止状態とする。一方、停止台数が２台として演算部１２から入力されると、制御部１５は番号順に整流器ユニット２−３の分圧回路における開閉器を閉とし、整流器ユニット２−３を稼働させ、整流器ユニット２−１及び２−２までの２台を出力停止状態とする制御を行う。
上述したように、本実施形態によれば、負荷設備２００に供給する負荷電流を、直流電源装置に設けられた電流ユニットの損失合計の最も小さい状態、すなわち最も電力変換効率の高い状態にて動作させることができ、無駄な電気エネルギーの消費を抑制することができる。
また、本実施形態においては、図３のテーブルにあるように、負荷電流の電流値が０の場合、全台、すなわち８台の整流器ユニットの開閉器を開とし、全ての整流器ユニットを出力停止状態とする構成となっている。しかしながら、負荷電流の電流値が０の場合も、稼働台数が１台において整流器ユニットの損失合計が最も小さくなる場合に含めるようにして、７台の整流器ユニットそれぞれの開閉器を開とし、１台の整流器ユニットの開閉器を閉として、負荷電流の電流値が０の際にも、最低１台の整流器ユニットを稼働状態とするように構成しても良い。

また、各整流器ユニットは、図４に示すように、接続されている負荷設備２００の負荷容量が大きいほど（インピーダンスが低いほど）、出力電圧が低下する特性を有している。
例えば、直流電源装置に整流器ユニット２−１及び２−２の２台が設けられており、各整流器ユニットが出力４０％にて稼働している場合、１台の整流器ユニットで出力８０％で稼働した方が変換効率が良いため、整流器ユニット２−１の１台で動作させている状態を示している。ここで負荷率[％]とは、整流器ユニットが出力している負荷電流値の当該整流器のユニット最大出力電流値に対する割合である。図４は横軸が出力であり、縦軸が出力電圧である。

線Ｌ１が負荷電流を出力する整流器ユニット２−１の出力特性を示し、線Ｌ２が負荷電流の出力を停止する整流器ユニット２−２の出力特性を示している。
このとき、制御周期における運転台数制御の処理を行う時点以外において、急激に負荷容量が低下し、負荷電流が増大すると、現在の稼働台数（整流器ユニット２−１の１台）では負荷電流が不足し、直流電源装置の出力端子における出力電圧の電圧値が定電圧値Ｖｎ（稼働時電圧値）から低下する。
ここで、稼働を停止している整流器ユニットが出力する出力電圧の待機時電圧値を、負荷設備２００の動作範囲電圧の範囲に入る電圧値Ｖ１として設定しておく。

これにより、急激に負荷設備２００の負荷容量が増大し、負荷電流が増加し、稼働状態にある整流器ユニットの出力電圧の電圧値である稼働時電圧値が定電圧値Ｖｎから低下しても、電圧値Ｖ１まで低下した時点において、停止している整流器ユニットのダイオードがターンオンして電流が流れ始めることにより稼働を開始し、直流電源装置における全整流ユニットが出力電圧を電圧値Ｖ１として負荷電流を分担して供給する状態となる。
この結果、負荷容量が急激に変化しても、負荷設備２００に対して動作範囲電圧の電圧値Ｖ１が直流電力源から供給されるため、負荷設備２００は、負荷電流の変化により停止することはなく、図５に示すように、次の制御周期において稼働台数を制御するまで、安定した動作状態を維持することができる。図５は、横軸が時間であり、縦軸が出力電圧の電圧値を示している。

上述した動作を行わせるため、整流器ユニットの出力電圧が電圧値Ｖ１となるように、すなわち、Ｖins＝Ｖ１・（ｒ２＋ｒ３）／（ｒ１＋ｒ２＋ｒ３）となり、かつ、Ｖcon＝Ｖｎ・（ｒ２）／（ｒ１＋ｒ２）となるように、抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１、抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ２、抵抗Ｒ３の抵抗値ｒ３を設定する必要がある。
これにより、検出電圧値は、負荷設備２００が稼働する電圧範囲に電圧値Ｖ１が含まれるよう設定される。

＜第２の実施形態＞
以下、図を用いて本発明の第２の実施形態の直流電源装置の説明を行う。第２の実施形態は、図１に示す第１の実施形態と構成は同様であり、異なる点は演算部１２で行われる稼働台数の算出と、記憶部１４に記憶されている演算部１２が稼働台数の算出に用いるテーブルが異なるのみである。
以下、第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。
記憶部１４に記憶されているテーブルは、図６に示すように、１台の整流器ユニットの出力電流（定格電流に対し０％〜１００％の出力電流）Ｉ_ＬＳと、この出力電流Ｉ_ＬＳを出力する際の電力損失Ｐ_ｌｏｓｓとが対応付けられている損失テーブルである。
上記損失テーブルも、直流電源装置が稼働する前に、制御部１５は、外部から入力部１１を介して入力し、予め記憶部１４に書き込んで記憶させておく。
制御部１５は、閉となっている開閉器の数から稼働している整流器ユニットの数を検出し、現在の整流器ユニットの稼働台数ｎ_ｔとして演算部１２へ出力し、また同時に電流計測部５から入力される負荷電力の電流値を、電流値データの総合電流Ｉ_Ｌｔとして演算部１２へ出力する。

以下、演算部１２における稼働台数の算出処理の動作例について、図７のフローチャートを用いて説明する。以下の処理において、直流電源装置に設けられている整流器ユニットの全台数がｎ_allとする。
総合電流Ｉ_Ｌｔが入力されると、演算部１２は、制御部１５から現在の稼働台数ｎ_ｔと、総合電流Ｉ_Ｌｔとを入力し（ステップＳ１）、入力される総合電流Ｉ_Ｌｔを稼働台数ｎ_ｔにより除算し、整流器ユニットの１台当たりの単位負荷電流Ｉ_Ｌｔｎを算出する（ステップＳ２）。
そして、演算部１２は、算出した単位負荷電流Ｉ_Ｌｔｎに対応する電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ}を、損失テーブルから探索して読み出す（ステップＳ３）。

次に、演算部１２は、現在の稼働台数ｎｔに１を加算した、ｎ（＝ｎｔ＋１）により上記総合電流ＩLｔを除算し、予め設定した桁数処理（例えば、四捨五入など）を行い、整流器ユニット１台当たりの単位負荷電流ＩＬｔｎ＋１を算出する（ステップＳ４）。
そして、演算部１２は、算出した単位負荷電流ＩLｔｎ＋１に対応する電力損失Ｐｌｏｓｓｎ＋１を、損失テーブルから探索して読み出す（ステップＳ５）。

次に、演算部１２は、現在の稼働台数ｎｔから１を減算した、ｎ（＝ｎｔ−１）により上記総合電流ＩLｔを除算し、予め設定した桁数処理（例えば、四捨五入など）を行い、整流器ユニット１台当たりの単位負荷電流ＩＬｔｎ−１を算出する（ステップＳ６）。
そして、演算部１２は、算出した単位負荷電流ＩLｔｎ−１に対応する電力損失Ｐｌｏｓｓｎ−１を、損失テーブルから探索して読み出す（ステップＳ７）。

単位負荷電流Ｉ_{Lｔｎ＋１}及び単位負荷電流Ｉ_{Lｔｎ−１}を算出すると、演算部１２は、電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ＋１}が電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ}より大きいか否かの判定を行い（ステップＳ８）、電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ＋１}が電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ}より大きい場合、処理をステップＳ１０へ進め、電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ＋１}が電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ}より小さい場合、処理をステップＳ９へ進める。
電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ＋１}が電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ}より大きいとき、演算部１２は、ｎがｎ_allであるか否かの判定を行い（ステップＳ１０）、ｎがｎ_allである場合、ｎ_allを超えて稼働台数を増加させられないため、処理をステップＳ１２へ進める。

一方、電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ＋１}が電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ}より小さいとき、演算部１２は、電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ−１}が電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ}より大きいか否かの判定を行い（ステップＳ９）、電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ−１}が電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ}より大きい場合、処理をステップＳ１２へ進め、電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ＋１}が電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ}より小さい場合、処理をステップＳ１１へ進める。
電力損失_{Ｐｌｏｓｓｎ−１}が電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ}より大きいとき、演算部１２は、ｎが１であるか否かの判定を行い（ステップＳ１１）、ｎが１である場合、ｎ＝１より稼働台数を減少させられないため、処理をステップＳ６へ進め、ｎが１でない場合に処理をステップＳ６へ進める。

上述の処理により、演算部１２は、最も小さい電力損失Ｐに対応する稼働台数を、制御部１５に対して出力する（ステップＳ１２）。
例えば、演算部１２は、電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ}が最も小さい場合、現在の稼働台数ｎｔを、演算結果の稼働台数として制御部１５へ出力し、電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ＋１}が最も小さい場合、現在の稼働台数ｎｔ＋ｍ台（ｍはステップＳ４を処理した回数）を、演算結果の稼働台数として制御部１５へ出力し、電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ−１}が最も小さい場合、現在の稼働台数ｎｔ−ｍ台（ｍはステップＳ６を処理した回数）を、演算結果の稼働台数として制御部１５へ出力する。
これにより、制御部１５は、第１の実施形態と同様に、演算部１２から入力される稼働台数となるように、開閉器の開閉制御を行う。

また、図８に示すように、図７のフローチャートにおけるステップＳ４及びＳ５と、ステップＳ６及びＳ７との処理の順番を入れ替え、また同様にステップＳ９とステップＳ８との順番を入れ替え、電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ}が電力損失Ｐ_{ｌｏｓｓｎ−１}より小さいか否かの判定を先に行い、次に電力損失が電力損失より小さいか否かの判定を行うようにしても、図７のフローチャートの処理と同様に電力損失が最も小さい整流器ユニットの稼働台数を求めることができる。
また、図９に示すように、図７のフローチャートにおけるステップＳ５とステップＳ６との間にステップＳ８を行うように、かつステップＳ７とステップＳ１２との間にステップＳ９を行い、稼働台数を増加させると電力損失が減少する場合には稼働台数を順次増加させる処理のみを行う。一方、稼働台数を減少させると電力損失が減少する場合には稼働台数を減少させる処理のみを行う。この図９のフローチャートに示す順番にて処理を行うようにしても、図７のフローチャートの処理と同様に電力損失が最も小さい整流器ユニットの稼働台数を求めることができる。
また、図１０に示すように、図７のフローチャートにおけるステップＳ４及びＳ５と、ステップＳ６及びＳ７との処理の順番を入れ替え、ステップＳ７とステップＳ４との間にステップＳ９を行うようにし、かつステップＳ５とステップＳ１２との間にステップＳ８を行い、稼働台数を減少させると電力損失が減少する場合には稼働台数を順次減少させる処理のみを行う。一方、稼働台数を増加させると電力損失が減少する場合には稼働台数を増加させる処理のみを行う。この図１０のフローチャートに示す順番にて処理を行うようにしても、図７のフローチャートの処理と同様に電力損失が最も小さい整流器ユニットの稼働台数を求めることができる。

第２の実施形態においては、各整流器ユニットの電力損失が最も小さくなるように、負荷電力に対応して稼働する整流器ユニットの数を制御するため、従来に比較して電力損失を抑制することができる。

なお、図１における稼働台数制御部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより稼働台数の算出処理及び整流器ユニットの稼働制御を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

本発明の第１の実施形態による直流電源装置の構成例を示すブロック図である。 図１の稼働台数制御部８の構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態において、演算部１２が整流器ユニットの稼働台数の算出処理に用いる稼働台数テーブルの構成を示す概念図である。 各整流器ユニットの出力[％]と出力電圧との対応を示すグラフである。 直流電源装置の出力電圧が急激に増加した場合の制御部１５の処理を説明する波形図である。 第２の実施形態において、記憶部１４に記憶される、演算部１２が稼働台数の算出に用いる損失テーブルの構成を示す概念図である。 第２の実施形態における演算部１２が整流器ユニットの稼働台数の算出処理の動作例を示すフローチャートである。 第２の実施形態における演算部１２が整流器ユニットの稼働台数の算出処理の動作例を示す他のフローチャートである。 第２の実施形態における演算部１２が整流器ユニットの稼働台数の算出処理の動作例を示す他のフローチャートである。 第２の実施形態における演算部１２が整流器ユニットの稼働台数の算出処理の動作例を示す他のフローチャートである。

符号の説明

１…直流電源装置
２−１，２−２，２−３，２−ｎ…整流器ユニット
２−１ａ…ＦＩＬ部
２−１ｂ…ＰＦＣ部
２−１ｃ…ＤＣ−ＤＣ部
２−１ｄ…分圧回路
２−１ｅ…開閉器
２−１ｆ…変換制御部
２−１ｆ１…増幅回路
２−１ｆ２…コンパレータ
２−１ｆ３…ドライブ回路
２−１ｆ４…基準電圧源
２−１ｆ５…三角波発生回路
３…電流センサ
４…電流計測部
５…稼働台数制御部
９…出力端子
１１…入力部
１２…演算部
１３…タイマー
１４…記憶部
１５…制御部
１００…商用系統電力源
２００…負荷設備

Claims (6)

1. 交流電力を入力し、直流電力を出力する出力端子との間に並列に接続された複数の整流器ユニットと、
   前記整流器ユニット毎に設けられ、当該整流器ユニットの出力と前記出力端子との間に介挿されたダイオードと、
   前記直流電力の電流値を測定し、当該直流電力の電流値を出力する電流センサと、
   前記電流値により、前記整流器ユニット各々の交流から直流への変換の損失が最小となる前記整流器ユニットの稼働台数を求め、当該稼働台数の整流器ユニットから直流電力が出力されるよう制御する稼働台数制御部と
   を有し、
   前記整流器ユニットが、自身の出力電圧を分圧回路により分圧した検出電圧値と、予め設定された基準電圧とを比較し、出力電圧の制御を行い、前記ダイオードを介して出力電圧を出力し、前記稼働台数制御部が、分圧回路の分圧比を制御することにより、前記稼働台数に対応した整流ユニットの稼働制御を行い、
   前記稼働台数制御部が稼働を停止させる前記整流器ユニットにおける前記分圧回路の分圧比を制御することにより、分圧前に比較して検出電圧値を高くし、待機状態として稼働を停止させる当該整流器ユニットの出力電圧の電圧値を、他の稼働している前記整流器ユニットが供給する前記出力端子の電圧値に比較して低い待機時電圧値とする
   ことを特徴とする直流電源装置。
2. 前記分圧回路の分圧を制御して停止させた稼働整流器ユニットの前記待機時電圧値が、前記出力端子に接続された負荷の動作可能な電圧値の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１記載の直流電源装置。
3. 前記分割回路が、抵抗を直列に接続して構成され、いずれかの抵抗と並列に開閉器が接続された構成であり、
   前記稼働台数制御部が前記開閉器を開閉制御することにより、前記分圧回路の分圧比を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流電源装置。
4. 前記検出電圧値が、負荷が稼働できる電圧範囲（負荷の入力電圧範囲）に前記出力電圧の電圧値が含まれるよう設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の直流電源装置。
5. 前記稼働台数制御部が、
   前記直流電力の電流値と、当該電流値において変換の損失が最小も整流器ユニットの稼働台数とが対応して設定されている稼働台数テーブルと、
   前記電流センサからの前記電流値に対応する前記整流器ユニットの稼働台数を、前記稼働台数テーブルから読み出し、整流器ユニットの稼働台数を求める算出部と、
   前記算出部が求めた稼働台数に対応させて、前記開閉器を制御する制御部と
   を有していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の直流電源装置。
6. 前記稼働台数制御部が、
   前記整流器ユニット１台当たりの出力する電流値と、当該電流値の場合の電力損失とを対応付けた損失テーブルと、
   前記電流センサからの前記電流値を、現在稼働している整流器ユニットの稼働台数により除算し、１台当たりの出力電流の第１の電流値を求めて、この第１の電流値に対応する電力損失を前記損失テーブルから読み出すとともに、現在の稼働台数を１台ずつ増減した台数により、前記電流センサからの前記電流値を除算し、それぞれ第２及び第３の電流値を求め、当該第２及び第３の電流値各々に対応する電力損失を前記損失テーブルから読み出し、第１の電流値における電力損失が第２及び第３の電流値における電力損失より小さい場合、現在の稼働台数を算出結果として出力し、また、減らした台数における電力損失が小さい場合、最も小さい電力損失となる台数まで減算し、一方、増加した台数における電力損失が小さい場合、最も小さい電力損失となる台数まで増加し、最も小さな電力損失を得た台数を前記整流器ユニットの稼働台数として出力する算出部と、
   前記算出部が求めた稼働台数に対応させて、前記開閉器を制御する制御部と
   を有していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の直流電源装置。

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