JP5596521B2 - DC power supply system and bidirectional power converter - Google Patents

DC power supply system and bidirectional power converter Download PDF

Info

Publication number
JP5596521B2
JP5596521B2 JP2010270742A JP2010270742A JP5596521B2 JP 5596521 B2 JP5596521 B2 JP 5596521B2 JP 2010270742 A JP2010270742 A JP 2010270742A JP 2010270742 A JP2010270742 A JP 2010270742A JP 5596521 B2 JP5596521 B2 JP 5596521B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power supply
storage battery
voltage
supply line
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010270742A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012120414A (en
Inventor
林  祐輔
幹夫 山崎
昭圭 福井
暁 松本
雅人 加賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Facilities Inc
Original Assignee
NTT Facilities Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NTT Facilities Inc filed Critical NTT Facilities Inc
Priority to JP2010270742A priority Critical patent/JP5596521B2/en
Publication of JP2012120414A publication Critical patent/JP2012120414A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5596521B2 publication Critical patent/JP5596521B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

本発明は、交流電力系統から供給される交流電圧を直流電圧に変換して外部負荷へ出力する直流給電システム、及びこの直流給電システムで使用される双方向電力変換装置に関する。   The present invention relates to a DC power supply system that converts an AC voltage supplied from an AC power system into a DC voltage and outputs the DC voltage to an external load, and a bidirectional power converter used in the DC power supply system.

近年、データセンターや通信ビルなどに構築される情報通信システムでは、使用される情報通信機器の増加に伴い、消費電力が増大している。そのため、地球環境問題の観点からも、情報通信システムでの消費電力を低減することが要求されている。   In recent years, in an information communication system constructed in a data center or a communication building, power consumption has increased with an increase in information communication devices used. Therefore, from the viewpoint of global environmental problems, it is required to reduce power consumption in the information communication system.

こうした情報通信システムでの消費電力低減を実現するために、商用電源等の交流電力系統から供給される交流電圧を整流装置にて直流電圧に変換して外部負荷である各種情報通信機器に出力する、直流給電システムが注目されている。また、この直流給電システムでは、高効率化のために、出力電圧を高電圧(例えば直流380V)にする動きが進んでいる。   In order to reduce power consumption in such an information communication system, an AC voltage supplied from an AC power system such as a commercial power source is converted into a DC voltage by a rectifier and output to various information communication devices that are external loads. DC power supply systems are attracting attention. Further, in this DC power supply system, there has been a movement to increase the output voltage to a high voltage (for example, DC 380V) for higher efficiency.

そして、この種の直流給電システムには、従来、交流電力系統に系統事故等の異常が生じて整流装置から所定の直流電圧を正常に出力できなくなった場合のバックアップ用として、蓄電池と、この蓄電池の電圧を昇圧して外部負荷へ供給するための電圧補償装置と、交流電力系統若しくは整流装置から電力供給を受けて蓄電池を充電する充電装置とが備えられている。より具体的な構成例を図4に示す。   In this type of DC power supply system, conventionally, a storage battery and this storage battery are used as a backup when an abnormality such as a system fault occurs in the AC power system and a predetermined DC voltage cannot be normally output from the rectifier. And a charging device for charging the storage battery with power supplied from the AC power system or the rectifier. A more specific configuration example is shown in FIG.

図4に示す従来の直流給電システム120は、交流電力系統からの三相の交流(AC)入力電圧(例えばAC200V)を所定電圧値(例えば直流380V)の直流電圧に変換する整流装置2と、この整流装置2からの直流電圧を外部負荷3へ供給するための正・負の各電力供給線9,10と、蓄電池5と、この蓄電池5を充電するための、交流電力系統からの交流入力電圧を充電用の直流電圧に変換して蓄電池5へ供給する充電装置4と、系統事故等によって整流装置2から所定の直流電圧が正常に出力されなくなった場合に蓄電池5からの電力供給を受けて電力供給線9,10に直流電圧を出力するための電圧補償装置121と、電圧補償装置121を動作させてその出力電圧が所定の直流電圧(例えば上述した380V)となるように制御する制御部122と、を備えている。そして、電圧補償装置121から出力された直流電圧は、逆流防止用のORダイオードD1を介して電力供給線9,10に出力される。   A conventional DC power supply system 120 shown in FIG. 4 includes a rectifier 2 that converts a three-phase alternating current (AC) input voltage (for example, AC 200 V) from an alternating current power system into a DC voltage having a predetermined voltage value (for example, direct current 380 V); The positive and negative power supply lines 9 and 10 for supplying the DC voltage from the rectifier 2 to the external load 3, the storage battery 5, and the AC input from the AC power system for charging the storage battery 5 The charging device 4 that converts the voltage into a DC voltage for charging and supplies it to the storage battery 5 and the power supply from the storage battery 5 when a predetermined DC voltage is not normally output from the rectifier 2 due to a system fault or the like The voltage compensator 121 for outputting a DC voltage to the power supply lines 9 and 10 and the voltage compensator 121 are operated so that the output voltage becomes a predetermined DC voltage (for example, 380 V described above). And Gosuru control unit 122, and a. The DC voltage output from the voltage compensator 121 is output to the power supply lines 9 and 10 via the backflow preventing OR diode D1.

電圧補償装置122は、一端が蓄電池5の正極に接続されたインダクタL11と、ドレインがインダクタL11の他端に接続されてソースが蓄電池5の負極に接続された半導体スイッチ(例えばMOSFET,以下「スイッチ」と称す)103と、一端がインダクタL11の一端に接続されて他端がORダイオードD1のアノードに接続されたコンデンサC11と、アノードがスイッチ103のドレインに接続されてカソードがORダイオードD1のアノードに接続されたダイオードD11と、を備えており、制御部122がスイッチ103のスイッチング動作(オン・オフ動作)を制御することにより、蓄電池5の電圧を所定の直流電圧に変換して電力供給線9,10へ出力させる。   The voltage compensator 122 includes an inductor L11 having one end connected to the positive electrode of the storage battery 5, and a semiconductor switch (eg, MOSFET, hereinafter referred to as “switch”) having a drain connected to the other end of the inductor L11 and a source connected to the negative electrode of the storage battery 5. 103), a capacitor C11 having one end connected to one end of the inductor L11 and the other end connected to the anode of the OR diode D1, and an anode connected to the drain of the switch 103 and a cathode connected to the anode of the OR diode D1. And the control unit 122 controls the switching operation (ON / OFF operation) of the switch 103 to convert the voltage of the storage battery 5 into a predetermined DC voltage, thereby supplying the power supply line. 9 and 10.

尚、電圧補償装置122は、系統故障時等に常に動作するわけではなく、蓄電池5の電圧が十分な値(例えば上述した380V)であってその電圧をそのまま電力供給線9,10に出力できる場合は、電圧補償装置122は動作しない。そのため、その場合は、蓄電池5の正極から正極側の電力供給線9への通電経路上に設けられたバイパスダイオードD2を介して、蓄電池5の電圧が電力供給線9,10に出力されることとなる。   The voltage compensator 122 does not always operate at the time of a system failure or the like, and the voltage of the storage battery 5 is a sufficient value (for example, 380 V described above), and the voltage can be output to the power supply lines 9 and 10 as they are. In this case, the voltage compensator 122 does not operate. Therefore, in this case, the voltage of the storage battery 5 is output to the power supply lines 9 and 10 via the bypass diode D2 provided on the energization path from the positive electrode of the storage battery 5 to the power supply line 9 on the positive electrode side. It becomes.

ところで、図4に例示した従来の直流給電システム120は、交流入力電圧を直流電圧に変換する電力変換器を2つ(整流装置2及び充電装置4)を有すると共に、蓄電池5の電圧を所定の直流電圧に変換する電力変換器(電圧補償装置121)を有しており、これら各電力変換器はいずれも、当該システム120において相当の大きさを占めるものである。   By the way, the conventional DC power supply system 120 illustrated in FIG. 4 has two power converters (the rectifier 2 and the charging device 4) for converting an AC input voltage into a DC voltage, and the voltage of the storage battery 5 is set to a predetermined value. A power converter (voltage compensator 121) for converting to a DC voltage is included, and each of these power converters occupies a considerable size in the system 120.

更に、実際の直流給電システムでは、外部負荷を複数有し、負荷毎に、整流装置、蓄電池、充電装置、及び電圧補償装置からなるシステム(即ち図4に示した直流給電システム)を構築する場合があるが、そのような場合は特に、負荷の数が多いほど電力変換器の数が多くなる。   Furthermore, in an actual DC power supply system, there are a plurality of external loads, and for each load, a system composed of a rectifier, a storage battery, a charging device, and a voltage compensation device (ie, the DC power supply system shown in FIG. 4) is constructed. In such a case, the number of power converters increases as the number of loads increases.

より具体的な例としては、図5に示すような直流給電システム100が挙げられる。この直流給電システム100は、外部負荷として第1負荷101−1,第2負荷101−2,第3負荷101−3,・・・,第N負荷101−Nを有しており、負荷毎にそれぞれ、その負荷へ直流電圧を供給するための整流装置が備えられている。即ち、第1負荷101−1に対しては第1整流装置102−1から電力供給線111−1を介して直流電圧が供給され、第2負荷101−2に対しては第2整流装置102−2から電力供給線111−2を介して直流電圧が供給され、第3負荷101−3に対しては第3整流装置102−3から電力供給線111−3を介して直流電圧が供給され、第N負荷101−Nに対しては第N整流装置102−Nから電力供給線111−Nを介して直流電圧が供給される。   A more specific example is a DC power supply system 100 as shown in FIG. The DC power supply system 100 includes a first load 101-1, a second load 101-2, a third load 101-3,..., An Nth load 101-N as external loads. Each includes a rectifier for supplying a DC voltage to the load. That is, a DC voltage is supplied from the first rectifier 102-1 to the first load 101-1 via the power supply line 111-1, and the second rectifier 102 is supplied to the second load 101-2. -2 is supplied with the DC voltage via the power supply line 111-2, and the third load 101-3 is supplied with the DC voltage from the third rectifier 102-3 via the power supply line 111-3. The DC voltage is supplied to the Nth load 101-N from the Nth rectifier 102-N through the power supply line 111-N.

また、負荷毎にそれぞれ個別に、蓄電池(第1蓄電池103−1,第2蓄電池103−2,第3蓄電池103−3,・・・,第N蓄電池103−N)と、これら蓄電池を充電する充電装置(第1充電装置106−1,第2充電装置106−2,第3充電装置106−3,・・・,第N充電装置106−N)と、これら蓄電池の電圧を対応する外部負荷動作用の直流電圧に変換して対応する電力供給線へ出力する電圧補償装置(第1電圧補償装置104−1,第2電圧補償装置104−2,第3電圧補償装置104−3,・・・,第N電圧補償装置104−N)と、これら電圧補償装置の動作を制御する制御部(第1制御部105−1,第2制御部105−2,第3制御部105−3,・・・,第N制御部105−N)とを備えている。   Further, the storage batteries (first storage battery 103-1, second storage battery 103-2, third storage battery 103-3,..., Nth storage battery 103-N) and these storage batteries are charged individually for each load. Charging devices (first charging device 106-1, second charging device 106-2, third charging device 106-3,..., Nth charging device 106-N) and external loads corresponding to the voltages of these storage batteries Voltage compensators (first voltage compensator 104-1, second voltage compensator 104-2, third voltage compensator 104-3,..., Which are converted into operating DC voltage and output to the corresponding power supply line N-th voltage compensation device 104-N) and control units (first control unit 105-1, second control unit 105-2, third control unit 105-3,. .., N-th control unit 105-N).

更に、各制御部は、それぞれ、対応する整流装置及び外部負荷と通信ライン(第1通信ライン115−1,第2通信ライン115−2,第3通信ライン115−3,・・・,第N通信ライン115−N)を介して情報の送受が可能となっており、対応する整流装置の動作状態や負荷の消費電力に関する情報を取得して、その取得した情報に基づいて対応する電圧補償装置の動作を制御する。   Furthermore, each control unit respectively has a corresponding rectifier and an external load and a communication line (first communication line 115-1, second communication line 115-2, third communication line 115-3,..., Nth Information can be transmitted / received via the communication line 115-N), information on the operating state of the corresponding rectifier and the power consumption of the load is acquired, and the corresponding voltage compensator is based on the acquired information To control the operation.

このように構成された直流給電システム100では、複数の負荷に対し、負荷毎に、図4に示した直流給電システム120が構築されることとなり、負荷の数が多いほど、電力変換器の数も多くなり、結果、直流給電システム100全体の大規模化、高コスト化を招くことになる。   In the DC power supply system 100 configured as described above, the DC power supply system 120 shown in FIG. 4 is constructed for each of a plurality of loads, and the number of power converters increases as the number of loads increases. As a result, the DC power supply system 100 as a whole is increased in scale and cost.

そのため、直流給電システムの実現・普及のためには、システムのさらなる高効率化(電力変換効率の向上や装置構成の簡素化・コストダウンなど)が必要であり、そのためにも、システムを構成する電力変換器の構成の見直しや、電力変換器に求められる機能の精査などが必要不可欠となっている。   Therefore, in order to realize and popularize a DC power supply system, it is necessary to further improve the efficiency of the system (improvement of power conversion efficiency, simplification of device configuration, cost reduction, etc.). It is essential to review the configuration of power converters and to examine the functions required of power converters.

そして、電力変換器を効率的に構成してコストと設置スペースの節約を実現する技術として、降圧回路を1つ備えると共に、この降圧回路に対する電圧の入出力を切替回路によって切替可能とすることにより、負荷動作用の直流電源からの電圧を降圧回路で降圧して組電池に供給する充電モードと、組電池からの電圧を降圧回路で降圧して負荷へ供給する放電モードとのいずれかで動作させることが可能な双方向コンバータが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   As a technique for efficiently constructing a power converter and realizing cost and installation space saving, a single step-down circuit is provided and voltage input / output to the step-down circuit can be switched by a switching circuit. The battery operates in either a charge mode where the voltage from the DC power supply for load operation is stepped down by the step-down circuit and supplied to the assembled battery, or a discharge mode where the voltage from the assembled battery is stepped down by the step-down circuit and supplied to the load A bidirectional converter that can be made is proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−171724号公報JP 2009-171724 A

しかしながら、特許文献1において提案されている双方向コンバータは、降圧回路を用いて電力変換を行う構成であり、組電池への充電時には直流電源からの電圧がこの降圧回路で降圧されて充電用の電圧が生成されるのはもちろん、組電池から負荷への電力供給時にも組電池の電圧がその降圧回路で降圧されて負荷へ供給されるため、この双方向コンバータを適用できるケースは自ずと限定されてしまう。   However, the bidirectional converter proposed in Patent Document 1 is configured to perform power conversion using a step-down circuit, and when charging an assembled battery, the voltage from the DC power source is stepped down by the step-down circuit and used for charging. In addition to generating voltage, the voltage of the assembled battery is stepped down by the step-down circuit and supplied to the load even when power is supplied from the assembled battery to the load, so the cases where this bidirectional converter can be applied are naturally limited. End up.

つまり、特許文献1に示されているような双方向コンバータを適用できるのは、外部負荷が、通常時に直流電源から供給される電圧より低い電圧(詳しくは組電池の電圧よりもさらに低い電圧)でも動作可能に構成されている場合といった、条件付きのシステムに限られる。そのため、負荷に対して組電池(蓄電池)の電圧よりも高い電圧を供給する必要があるようなシステム、例えば図4に例示したような直流給電システムに対しては、特許文献1に示されているような双方向コンバータを使用することはできない。   In other words, the bidirectional converter as disclosed in Patent Document 1 can be applied to a voltage lower than the voltage supplied from the DC power supply during normal operation by the external load (specifically, a voltage lower than the voltage of the assembled battery). However, it is limited to a conditional system such as a case where it is configured to be operable. Therefore, for a system that needs to supply a voltage higher than the voltage of the assembled battery (storage battery) to the load, for example, a DC power supply system as illustrated in FIG. You can't use a bidirectional converter like that.

そのため、図4に例示したような直流給電システムに対しても、システムの機能を何ら損なうことなく、システム全体のさらなる構成の簡素化やコストダウンを実現することが望まれている。   Therefore, it is desired to realize further simplification of the configuration of the entire system and cost reduction for the DC power supply system as illustrated in FIG. 4 without impairing the function of the system.

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、バックアップ用の蓄電池及び電圧補償装置を備えた直流給電システムのさらなる構成簡素化とコストダウンを実現することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to achieve further simplification of the configuration and cost reduction of a DC power supply system including a backup storage battery and a voltage compensation device.

上記課題を解決するためになされた請求項1に記載の発明は、交流電力系統から入力される交流電圧を直流電圧に変換して外部負荷への電力供給線へ出力する整流装置と、蓄電池と、電力供給線と蓄電池の間に設けられた双方向電力変換装置と、を備えた直流給電システムである。そして、双方向電力変換装置は、電力変換回路と制御手段とを備えている。   The invention according to claim 1, which has been made in order to solve the above-described problems, includes a rectifier that converts an AC voltage input from an AC power system into a DC voltage and outputs the DC voltage to a power supply line to an external load, a storage battery, And a bi-directional power conversion device provided between the power supply line and the storage battery. The bidirectional power conversion device includes a power conversion circuit and a control unit.

このうち電力変換回路は、電力供給線から入力される整流装置からの直流電圧を降圧して蓄電池へ供給することにより該蓄電池を充電する蓄電池充電機能、及び蓄電池の電圧を昇圧して電力供給線へ出力することにより外部負荷へ該蓄電池の電力を供給する負荷電圧補償機能を有している。   Among them, the power conversion circuit steps down the DC voltage from the rectifier input from the power supply line and supplies it to the storage battery to charge the storage battery, and boosts the voltage of the storage battery to increase the power supply line. Output voltage to the external load by supplying power to the external load.

そして、制御手段は、整流装置が直流電圧を正常に出力可能なときは電力変換回路を蓄電池充電機能で動作させ、整流装置が直流電圧を正常に出力できないときは電力変換回路を負荷電圧補償機能で動作させる。   The control means operates the power conversion circuit with the storage battery charging function when the rectifying device can normally output the DC voltage, and when the rectifying device cannot output the DC voltage normally, the power converting circuit functions as a load voltage compensation function. Operate with.

このように構成された請求項1に記載の直流給電システムでは、電力変換回路が、蓄電池充電機能(整流装置からの直流電圧を降圧して蓄電池へ出力)と負荷電圧補償機能(蓄電池の電圧を昇圧して電力供給線へ出力)とを兼ね備えた、双方向に電力変換が可能な構成となっている。   In the DC power supply system according to claim 1 configured as described above, the power conversion circuit includes a storage battery charging function (stepping down a DC voltage from the rectifier and outputting it to the storage battery) and a load voltage compensation function (the storage battery voltage). The voltage is boosted and output to the power supply line), and bidirectional power conversion is possible.

このような構成により、本発明では、整流装置が直流電圧を正常に出力できないときには電力変換回路が負荷電圧補償機能で動作することにより整流装置に代わってこの電力変換回路が外部負荷へ直流電圧を供給する。つまり、従来の電圧補償装置(図4参照)と同様に動作するのである。   With such a configuration, in the present invention, when the rectifier cannot normally output a DC voltage, the power converter circuit operates with a load voltage compensation function so that the power converter circuit outputs a DC voltage to the external load instead of the rectifier. Supply. That is, it operates in the same manner as a conventional voltage compensator (see FIG. 4).

そして、従来の電圧補償装置は、整流装置が直流電圧を正常に出力可能なときは基本的には動作しないものであったのに対し、本発明の電力変換回路は、負荷電圧補償機能としての動作(即ち電圧補償装置と同様の動作)に加え、更に、整流装置が直流電圧を正常に出力可能なときも、蓄電池充電機能としてではあるが動作して、この間、蓄電池へ充電用の電力を供給する。   The conventional voltage compensation device basically does not operate when the rectifier can normally output a DC voltage, whereas the power conversion circuit of the present invention is a load voltage compensation function. In addition to the operation (that is, the same operation as the voltage compensation device), when the rectifier can normally output a DC voltage, it operates as a storage battery charging function. Supply.

これにより、従来のように交流電圧から蓄電池充電用の直流電圧を生成して蓄電池を充電するための充電装置を独立して設ける必要がなくなり、直流給電システムのさらなる構成簡素化とコストダウンを実現することが可能となる。しかも、1つの電力変換回路が上記2つの機能で動作可能であるため、従来の電圧補償装置に対し、装置(回路)の利用(稼働)効率の向上も実現される。   This eliminates the need to provide a separate charging device for charging the storage battery by generating a DC voltage for charging the storage battery from the AC voltage as in the past, and further simplifies the configuration and reduces costs of the DC power supply system. It becomes possible to do. Moreover, since one power conversion circuit can operate with the above two functions, the utilization (operation) efficiency of the device (circuit) can be improved as compared with the conventional voltage compensation device.

なお、整流装置が出力する直流電圧について「正常」とは、その直流電圧によって外部負荷を動作させることが可能であることを意味しており、よって、直流電圧を正常に出力できないときというのは、即ち、その整流装置からの直流電圧では外部負荷を正常に動作させることができないときを意味する。そのため、そのような場合は制御手段が電力変換回路を負荷電圧補償機能で動作させるのである。   Note that “normal” for the DC voltage output from the rectifier means that the external load can be operated by the DC voltage, and therefore the DC voltage cannot be output normally. That is, it means a time when the external load cannot be operated normally with the DC voltage from the rectifier. Therefore, in such a case, the control means operates the power conversion circuit with the load voltage compensation function.

求項に記載の直流給電システムは、更に、双方向電力変換装置が、主ダイオードと主スイッチを備えた構成となっている。このうち主ダイオードは、電力変換回路と電力供給線との間の通電経路上に設けられ、電力変換回路から電力供給線への通電を許可してその逆方向の通電は阻止する。主スイッチは、主ダイオードと並列に接続され、主ダイオードの両端を短絡することにより電力供給線から電力変換回路への通電を可能とするためのものである。 DC power supply system according to Motomeko 1, further bidirectional power conversion device has a structure having a main diode and a main switch. Among these, the main diode is provided on the energization path between the power conversion circuit and the power supply line, permits energization from the power conversion circuit to the power supply line, and prevents energization in the opposite direction. The main switch is connected in parallel with the main diode, and enables the energization from the power supply line to the power conversion circuit by short-circuiting both ends of the main diode.

そして、制御手段は、整流装置が直流電圧を正常に出力可能なときは、主スイッチを閉じて主ダイオードの両端を短絡させると共に電力変換回路を蓄電池充電機能で動作させ、整流装置が直流電圧を正常に出力できないときは、主スイッチを開くと共に電力変換回路を負荷電圧補償機能で動作させる。   When the rectifier can normally output the DC voltage, the control means closes the main switch to short-circuit both ends of the main diode and operates the power conversion circuit with the storage battery charging function. When normal output is not possible, the main switch is opened and the power conversion circuit is operated with the load voltage compensation function.

このように構成された直流給電システムによれば、主ダイオードと並列に主スイッチが設けられているため、蓄電池充電機能での動作時には、主スイッチを閉じることによりこの主スイッチを介して整流装置からの直流電圧を電力変換回路に入力させることができ、これにより蓄電池の充電が可能となる。   According to the DC power supply system configured as described above, since the main switch is provided in parallel with the main diode, when operating in the storage battery charging function, the main switch is closed and the rectifier is connected via the main switch. The DC voltage can be input to the power conversion circuit, whereby the storage battery can be charged.

一方、負荷電圧補償機能での動作時には、主スイッチを開くことにより、電力供給線側から電力変換回路への電力の流入を阻止しつつ、電力変換回路からの直流電圧を電力供給線に出力して外部負荷を動作させることができる。そのため、より信頼性の高い直流給電システムを提供することが可能となる。   On the other hand, during operation with the load voltage compensation function, the DC voltage from the power conversion circuit is output to the power supply line while preventing the inflow of power from the power supply line side to the power conversion circuit by opening the main switch. External load can be operated. Therefore, it becomes possible to provide a DC power supply system with higher reliability.

ここで、電力変換回路は、より具体的には、例えば請求項に記載のように構成することができる。即ち、電力変換回路は、蓄電池充電機能を実現する降圧回路部と負荷電圧補償機能を実現する昇圧回路部を有している。 Here, more specifically, the power conversion circuit can be configured as described in claim 2 , for example. That is, the power conversion circuit includes a step-down circuit unit that realizes a storage battery charging function and a step-up circuit unit that realizes a load voltage compensation function.

そして、昇圧回路部は、少なくとも、一端が蓄電池の正極側に接続されたインダクタと、一端が蓄電池の負極側に接続されて他端がインダクタの他端側に接続された第1スイッチと、インダクタと第1スイッチの接続点にアノードが接続された第1ダイオードとにより構成されている。また、降圧回路部は、少なくとも、第1ダイオードに並列接続されて該第1ダイオードの両端を短絡することにより該第1ダイオードのカソード側からアノード側への通電を可能とするための第2スイッチと、アノードが第1スイッチの一端側に接続されてカソードが第1スイッチの他端側に接続された第2ダイオードと、上記インダクタとにより構成されている。   The boost circuit unit includes at least an inductor having one end connected to the positive electrode side of the storage battery, a first switch having one end connected to the negative electrode side of the storage battery and the other end connected to the other end side of the inductor, And a first diode having an anode connected to a connection point of the first switch. The step-down circuit unit includes at least a second switch that is connected in parallel to the first diode and short-circuits both ends of the first diode, thereby enabling energization from the cathode side to the anode side of the first diode. And a second diode having an anode connected to one end of the first switch and a cathode connected to the other end of the first switch, and the inductor.

そして、制御手段は、電力変換回路を負荷電圧補償機能で動作させる際には、第2スイッチを開くと共に第1スイッチの開閉を制御することにより昇圧回路部を動作させて蓄電池の電圧を昇圧させ、電力変換回路を蓄電池充電機能で動作させる際には、第1スイッチを開くと共に第2スイッチの開閉を制御することにより降圧回路部を動作させて電力供給線から入力される直流電圧を降圧させる。   Then, when operating the power conversion circuit with the load voltage compensation function, the control means opens the second switch and controls the opening and closing of the first switch to operate the boost circuit unit to boost the voltage of the storage battery. When the power conversion circuit is operated with the storage battery charging function, the step-down circuit unit is operated by opening and closing the first switch and controlling the opening and closing of the second switch to step down the DC voltage input from the power supply line. .

このように構成された直流給電システムでは、双方向電力変換装置を構成する電力変換回路が、降圧回路部及び昇圧回路部を有していると共に、これら各回路部の構成要素のうち、降圧・昇圧のための主要な役割を果たすインダクタについては、降圧回路部及び昇圧回路部の双方で同じ1つのインダクタが共用される。   In the DC power supply system configured as described above, the power conversion circuit configuring the bidirectional power conversion device includes a step-down circuit unit and a step-up circuit unit, and among the components of each circuit unit, As for the inductor that plays the main role for boosting, the same inductor is shared by both the step-down circuit unit and the step-up circuit unit.

逆に言えば、同じ1つのインダクタを、降圧及び昇圧の双方で共用できるように、降圧回路部及び昇圧回路部がそれぞれ構成されている。
従って、上記構成の直流給電システムによれば、電力変換回路の構成をより簡素化することができ、システム全体のさらなる構成の簡素化・コストダウンが可能となる。
In other words, the step-down circuit unit and the step-up circuit unit are configured so that the same inductor can be shared by both step-down and step-up.
Therefore, according to the DC power supply system having the above configuration, the configuration of the power conversion circuit can be further simplified, and the configuration of the entire system can be further simplified and the cost can be reduced.

次に、請求項に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の直流給電システムであって、外部負荷を複数備えると共に外部負荷毎にそれぞれ電力供給線を有することにより、整流装置からの直流電圧が各電力供給線を介して各外部負荷へ並列に供給されるよう構成されている。そして、外部負荷毎に、その外部負荷に対応した電力供給線に双方向電力変換装置が接続されている。 Next, the invention according to claim 3 is the DC power supply system according to claim 1 or 2 , wherein the rectifier includes a plurality of external loads and a power supply line for each external load. Is supplied in parallel to each external load via each power supply line. For each external load, a bidirectional power converter is connected to a power supply line corresponding to the external load.

このように構成された直流給電システムによれば、外部負荷毎に双方向電力変換装置を有しているため、外部負荷毎に蓄電池を有する構成ではあるものの、従来のように蓄電池毎に充電装置を設ける必要はなく、蓄電池への充電は電力変換回路を蓄電池充電機能にて動作させることで実現可能である。そのため、外部負荷の数が多くても(即ち蓄電池の数が多くても)、システム全体の大規模化を低く抑えることができる。   According to the DC power supply system configured as described above, since the bidirectional power conversion device is provided for each external load, the storage device is provided for each storage battery as in the related art, although the storage battery is provided for each external load. The charging of the storage battery can be realized by operating the power conversion circuit with the storage battery charging function. Therefore, even if the number of external loads is large (that is, the number of storage batteries is large), the increase in the scale of the entire system can be kept low.

しかも、整流装置から複数の外部負荷へ並列給電されると共に、外部負荷毎に双方向電力変換装置が設けられているため、各双方向電力変換装置からの出力電圧は、対応する外部負荷へ供給可能であるのはもちろんであるが、対応する外部負荷以外の他の外部負荷に対しても供給可能となる。   Moreover, since power is supplied in parallel from the rectifier to a plurality of external loads and a bidirectional power converter is provided for each external load, the output voltage from each bidirectional power converter is supplied to the corresponding external load. Of course, it is possible to supply to other external loads other than the corresponding external load.

そのため、例えば各外部負荷の消費電力や各蓄電池の充電容量に関する情報に基づいて各双方向電力変換装置の動作(即ち電力変換回路の動作)を制御することで、仮にいずれかの外部負荷に対応した蓄電池が容量不足となっていてその蓄電池によってはその外部負荷を動作させることができない場合であっても、他の何れかの双方向電力変換装置(他の何れかの外部負荷に対応した双方向電力変換装置)からの電力供給を受けてその外部負荷を動作させることができる。   For this reason, for example, by controlling the operation of each bidirectional power conversion device (that is, the operation of the power conversion circuit) based on the information on the power consumption of each external load and the charge capacity of each storage battery, it corresponds to any external load. Even if the storage battery has insufficient capacity and the external battery cannot be operated depending on the storage battery, any other bidirectional power conversion device (both corresponding to any other external load) The external load can be operated by receiving power supply from the power converter.

つまり、各外部負荷に対応して設けられた双方向電力変換装置は、基本的には自身に対応した外部負荷を動作させるためのものであるものの、システム全体の状態(各蓄電池の容量や各外部負荷の消費電力など)に応じて他の外部負荷にも並列的に供給することができる。   In other words, the bidirectional power converter provided corresponding to each external load is basically for operating the external load corresponding to itself, but the state of the entire system (capacity of each storage battery and each Depending on the power consumption of the external load, it can be supplied to other external loads in parallel.

次に、請求項に記載の発明は、電力変換回路と、主ダイオードと、主スイッチと、制御手段とを備えた双方向電力変換装置である。
電力変換回路は、外部の電力供給線に接続された第1の入出力端及び蓄電池が接続された第2の入出力端を有すると共に、電力供給線から第1の入出力端に入力された直流電圧を降圧して第2の入出力端から出力することにより該蓄電池を充電する蓄電池充電機能、及び第2の入出力端から入力された蓄電池の電圧を昇圧して第1の入出力端から電力供給線へ出力する電力供給機能を有する。
Next, the invention according to claim 4 is a bidirectional power conversion device including a power conversion circuit, a main diode, a main switch, and a control means.
The power conversion circuit has a first input / output terminal connected to an external power supply line and a second input / output terminal connected to a storage battery, and is input from the power supply line to the first input / output terminal. A storage battery charging function for charging the storage battery by stepping down a DC voltage and outputting it from the second input / output terminal, and a first input / output terminal by boosting the voltage of the storage battery input from the second input / output terminal Has a power supply function for outputting to the power supply line.

また、主ダイオードは、 第1の入出力端と電力供給線との間の通電経路上に設けられ、第1の入出力端から電力供給線への通電を許可してその逆方向の通電は阻止するものであり、主スイッチは、主ダイオードと並列に接続され、主ダイオードの両端を短絡することにより電力供給線から第1の入出力端への通電を可能とするためのものである。   The main diode is provided on the energization path between the first input / output end and the power supply line, and energization from the first input / output end to the power supply line is permitted. The main switch is connected in parallel with the main diode, and enables the energization from the power supply line to the first input / output terminal by short-circuiting both ends of the main diode.

そして、制御手段は、予め決められた第1の条件が成立した場合には、主スイッチを閉じて主ダイオードの両端を短絡させると共に電力変換回路を蓄電池充電機能で動作させ、予め決められた第2の条件が成立した場合には、主スイッチを開くと共に電力変換回路を電力供給機能で動作させる。   When the first predetermined condition is satisfied, the control means closes the main switch to short-circuit both ends of the main diode, operates the power conversion circuit with the storage battery charging function, and sets the predetermined first When the condition 2 is satisfied, the main switch is opened and the power conversion circuit is operated with the power supply function.

このように構成された双方向電力変換装置によれば、請求項1に記載の直流給電システムを構築することができ、その場合、請求項1と同様の効果を得ることができる。 According to the bidirectional power converter configured as described above, the DC power supply system according to claim 1 can be constructed, and in this case, the same effect as that of claim 1 can be obtained.

第1実施形態の直流給電システムの概略構成を表す構成図である。It is a lineblock diagram showing a schematic structure of a direct-current power supply system of a 1st embodiment. 第1実施形態の直流給電システムの動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of the DC power supply system of 1st Embodiment. 第2実施形態の直流給電システムの概略構成を表す構成図である。It is a block diagram showing schematic structure of the DC power supply system of 2nd Embodiment. 従来の直流給電システムの概略構成を表す構成図である。It is a block diagram showing schematic structure of the conventional DC power supply system. 従来の直流給電システムの概略構成を表す構成図である。It is a block diagram showing schematic structure of the conventional DC power supply system.

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
[第1実施形態]
図1に、本実施形態の直流給電システム100の概略構成を示す。尚、図1の直流給電システム100において、図4に示した従来の直流給電システム120と同じ構成要素には図4と同じ符号を付している。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a DC power supply system 100 of the present embodiment. In the DC power supply system 100 in FIG. 1, the same components as those in the conventional DC power supply system 120 shown in FIG.

本実施形態の直流給電システム100は、交流電力系統からの三相の交流(AC)入力電圧(例えばAC200V)を所定電圧値(例えば直流380V)の直流電圧に変換する整流装置2と、この整流装置2からの直流電圧を外部負荷3へ供給するための正・負の各電力供給線9,10と、蓄電池5と、この蓄電池5を充電する機能及びこの蓄電池の電力を外部負荷3へ供給する機能を有する双方向電力変換回路6と、この双方向電力変換回路6と電力供給線9との間の通電経路上に設けられた入出力切替部7と、双方向電力変換回路6及び入出力切替部7の動作を制御する制御部8と、を備えている。   The DC power supply system 100 according to the present embodiment includes a rectifier 2 that converts a three-phase alternating current (AC) input voltage (for example, AC 200 V) from an AC power system into a DC voltage having a predetermined voltage value (for example, direct current 380 V), and this rectification. The positive and negative power supply lines 9 and 10 for supplying the DC voltage from the device 2 to the external load 3, the storage battery 5, the function of charging the storage battery 5 and the power of the storage battery are supplied to the external load 3. A bidirectional power conversion circuit 6 having a function to perform the operation, an input / output switching unit 7 provided on an energization path between the bidirectional power conversion circuit 6 and the power supply line 9, a bidirectional power conversion circuit 6 and an input And a control unit 8 that controls the operation of the output switching unit 7.

整流装置2は、交流入力電圧を直流電圧に変換して出力するという基本機能の他、停電等の交流電力系統の異常や整流装置2自身の異常等によって電力供給線9,10への直流電圧が低下し、外部負荷3へその動作に必要な直流電圧を正常に出力できなくなった場合(以下「整流出力異常状態」ともいう)に、その旨を示す停電検出信号を制御部8へ出力する。逆に、整流出力異常状態となって停電検出信号を出力した後、その整流出力異常状態から整流装置2が正常な状態(外部負荷3へその動作用の直流電圧を正常に出力可能な状態)となった場合にも、その旨を示す復帰信号を制御部8へ出力する。   In addition to the basic function of converting an AC input voltage into a DC voltage and outputting the DC voltage, the rectifier 2 is supplied to the power supply lines 9 and 10 due to an AC power system abnormality such as a power failure or an abnormality of the rectifier 2 itself. When the DC voltage required for the operation cannot be normally output to the external load 3 (hereinafter also referred to as “rectified output abnormal state”), a power failure detection signal indicating that is output to the control unit 8. . On the contrary, after the rectification output abnormal state is entered and the power failure detection signal is output, the rectification device 2 is in a normal state from the abnormal rectification output state (a state in which the DC voltage for operation can be normally output to the external load 3). Even in this case, a return signal indicating that is output to the control unit 8.

蓄電池5は、その正極がバイパスダイオードD2を介して正極側の電力供給線9に接続され、その負極は負極側の電力供給線10に接続されている。尚、バイパスダイオードD2は、アノードが蓄電池5の正極に接続されてカソードが正極側の電力供給線9,10に接続されており、これにより、蓄電池5の電圧がこのバイパスダイオードD2を介して電力供給線9,10へ出力可能となっている。   The storage battery 5 has a positive electrode connected to the positive power supply line 9 via the bypass diode D2, and a negative electrode connected to the negative power supply line 10. The bypass diode D2 has an anode connected to the positive electrode of the storage battery 5 and a cathode connected to the power supply lines 9 and 10 on the positive electrode side, whereby the voltage of the storage battery 5 is supplied via the bypass diode D2. Output to the supply lines 9 and 10 is possible.

また、蓄電池5の正極及び負極は、双方向電力変換回路6にも接続されており、蓄電池5の電圧を双方向電力変換回路6へ入力可能であると共に、双方向電力変換回路6からの充電用の直流電圧を蓄電池5へ出力可能となっている。   Further, the positive electrode and the negative electrode of the storage battery 5 are also connected to the bidirectional power conversion circuit 6, and the voltage of the storage battery 5 can be input to the bidirectional power conversion circuit 6 and charging from the bidirectional power conversion circuit 6 is performed. DC voltage can be output to the storage battery 5.

双方向電力変換回路6は、電力供給線9,10から入力される整流装置2からの直流電圧を降圧して蓄電池5へ供給することにより蓄電池5を充電する蓄電池充電機能、及び蓄電池5の電圧を変換(本例では昇圧)して電力供給線9,10へ出力することにより外部負荷3へ蓄電池5の電力を供給する負荷電圧補償機能を有している。   The bidirectional power conversion circuit 6 steps down the DC voltage from the rectifier 2 input from the power supply lines 9 and 10 and supplies the storage battery 5 by charging the storage battery 5 and the voltage of the storage battery 5. Is converted (boosted in this example) and output to the power supply lines 9 and 10 to have a load voltage compensation function for supplying the power of the storage battery 5 to the external load 3.

即ち、双方向電力変換回路6は、一端が蓄電池5の正極に接続されたインダクタL1と、ドレインがインダクタL1の他端に接続されてソースが蓄電池5の負極に接続された第1の半導体スイッチ(例えばMOSFET,以下「第1スイッチ」と称す)11と、一端がインダクタL1の一端に接続されて他端がORダイオードD1のアノードに接続されたコンデンサC1と、アノードが第1スイッチ11のドレインに接続されてカソードがコンデンサC1の他端に接続された第1ダイオードD3と、ドレインが第1ダイオードD3のカソードに接続されてソースが第1ダイオードD3のアノードに接続された(即ち第1ダイオードD3に並列接続された)第2の半導体スイッチ(例えばMOSFET,以下「第2スイッチ」と称す)12と、アノードが第1スイッチ11のソースに接続されてカソードが第1スイッチのドレインに接続された第2ダイオードD4と、を備えている。   That is, the bidirectional power conversion circuit 6 includes an inductor L1 having one end connected to the positive electrode of the storage battery 5 and a first semiconductor switch having a drain connected to the other end of the inductor L1 and a source connected to the negative electrode of the storage battery 5. (For example, MOSFET, hereinafter referred to as “first switch”) 11, a capacitor C 1 having one end connected to one end of the inductor L 1 and the other end connected to the anode of the OR diode D 1, and the anode being the drain of the first switch 11 And a cathode connected to the other end of the capacitor C1, a drain connected to the cathode of the first diode D3, and a source connected to the anode of the first diode D3 (ie, the first diode). A second semiconductor switch (eg, MOSFET, hereinafter referred to as a “second switch”) 12 connected in parallel to D3; Node includes a second diode D4 whose cathode is connected to the source of the first switch 11 is connected to the drain of the first switch, the.

このように構成された双方向電力変換回路6は、機能別にみれば、蓄電池充電機能を実現するための降圧回路部と負荷電圧補償機能を実現するための昇圧回路部とが混在した回路とみることができる。即ち、主としてインダクタL1と第1スイッチ11と第1ダイオードD3とにより、負荷電圧補償機能を実現するための昇圧回路部が構成され、主としてインダクタL1と第2スイッチ12と第2ダイオードD4とにより、蓄電池充電機能を実現するための降圧回路部が構成される。つまり、インダクタL1は、降圧回路部及び昇圧回路部の双方で共用される。   The bidirectional power conversion circuit 6 configured as described above is considered to be a circuit in which a step-down circuit unit for realizing a storage battery charging function and a step-up circuit unit for realizing a load voltage compensation function are mixed in terms of functions. be able to. That is, a booster circuit unit for realizing the load voltage compensation function is configured mainly by the inductor L1, the first switch 11, and the first diode D3, and mainly by the inductor L1, the second switch 12, and the second diode D4. A step-down circuit unit for realizing the storage battery charging function is configured. That is, the inductor L1 is shared by both the step-down circuit unit and the step-up circuit unit.

そして、第1スイッチ11のオン・オフ(開閉)は制御部8から第1スイッチ11のゲートに入力される第1スイッチ制御信号S1(ハイレベル又はローレベル)により制御され、第2スイッチ12のオン・オフ(開閉)は制御部8から第2スイッチ12のゲートに入力される第2スイッチ制御信号S2(ハイレベル又はローレベル)により制御される。   The on / off (open / close) of the first switch 11 is controlled by a first switch control signal S1 (high level or low level) input from the control unit 8 to the gate of the first switch 11, and the second switch 12 ON / OFF (open / close) is controlled by a second switch control signal S2 (high level or low level) input from the control unit 8 to the gate of the second switch 12.

双方向電力変換回路6の双方の入出力端のうち一方の入出力端(第1ダイオードのカソード側。本発明の第1の入出力端に相当。)と正極側の電力供給線9との間の通電経路上には、入出力切替部7が設けられている。尚、双方向電力変換回路6の双方の入出力端のうち他方の入出力端(インダクタL1の一端側。本発明の第2の入出力端に相当。)は蓄電池5の正極に接続されている。   Of the input / output terminals of the bidirectional power conversion circuit 6, one input / output terminal (the cathode side of the first diode, which corresponds to the first input / output terminal of the present invention) and the power supply line 9 on the positive electrode side An input / output switching unit 7 is provided on the energization path therebetween. The other input / output end (one end side of the inductor L1; corresponding to the second input / output end of the present invention) of both input / output ends of the bidirectional power conversion circuit 6 is connected to the positive electrode of the storage battery 5. Yes.

入出力切替部7は、アノードが双方向電力変換回路6の一方の入出力端に接続されてカソードが正極側の電力供給線9に接続されたORダイオードD1と、ソースがORダイオードD1のアノードに接続されてドレインがORダイオードD1のカソードに接続された第3の半導体スイッチ(例えばMOSFET,以下「モード切替スイッチ」と称す)とを備えている。モード切替スイッチ13のオン・オフ(開閉)は、制御部8からモード切替スイッチ13のゲートに入力される第3スイッチ制御信号S3(ハイレベル又はローレベル)により制御される。   The input / output switching unit 7 includes an OR diode D1 whose anode is connected to one input / output terminal of the bidirectional power conversion circuit 6 and whose cathode is connected to the positive power supply line 9, and whose source is the anode of the OR diode D1. And a third semiconductor switch (for example, MOSFET, hereinafter referred to as “mode changeover switch”) having a drain connected to the cathode of the OR diode D1. On / off (open / close) of the mode switch 13 is controlled by a third switch control signal S3 (high level or low level) input from the controller 8 to the gate of the mode switch 13.

このように構成された入出力切替部7を備えていることにより、モード切替スイッチ13がオフされている間は、ORダイオードD1によって、双方向電力変換回路6から電力供給線9、10への通電は許可されるもののその逆方向の(電力供給線9,10から双方向電力変換回路6への)通電は阻止される。一方、モード切替スイッチ13がオンされている間は、ORダイオードD1の両端がこのモード切替スイッチ13によって短絡されるため、これにより、電力供給線9,10から双方向電力変換回路6への通電が可能となる。   By including the input / output switching unit 7 configured as described above, the OR diode D1 connects the bidirectional power conversion circuit 6 to the power supply lines 9, 10 while the mode switch 13 is off. Although energization is permitted, energization in the opposite direction (from the power supply lines 9 and 10 to the bidirectional power conversion circuit 6) is blocked. On the other hand, while the mode changeover switch 13 is on, both ends of the OR diode D1 are short-circuited by the mode changeover switch 13, so that power is supplied from the power supply lines 9 and 10 to the bidirectional power conversion circuit 6. Is possible.

制御部8は、整流装置2からの停電検出信号及び復帰信号に基づいて、双方向電力変換回路6及び入出力切替部7の動作モードを、蓄電池充電モード及び負荷電圧補償モードの何れか一方に切り替える。   Based on the power failure detection signal and the return signal from the rectifier 2, the control unit 8 changes the operation mode of the bidirectional power conversion circuit 6 and the input / output switching unit 7 to either the storage battery charging mode or the load voltage compensation mode. Switch.

整流装置2が正常に直流電圧を出力している通常運転時には、交流入力電圧(200V)が整流装置2で直流380Vに変換(AC/DC変換)されて外部負荷3側へ出力される。この場合、制御部8は、蓄電池充電モードにて動作させる。   During normal operation in which the rectifying device 2 normally outputs a DC voltage, the AC input voltage (200 V) is converted to DC 380 V (AC / DC conversion) by the rectifying device 2 and output to the external load 3 side. In this case, the control unit 8 is operated in the storage battery charging mode.

即ち、入出力切替部7のモード切替スイッチ13をオンさせてORダイオードD1の両端を短絡させると共に、双方向電力変換回路6を蓄電池充電機能にて動作させる。具体的には、第1スイッチ11をオフする(開く)と共に第2スイッチ12のスイッチング動作(オン・オフ動作)を制御(例えばデューティ制御)することにより、上述した降圧回路部を動作させて、整流装置2から電力供給線9,10を経て入力される直流電圧を充電用の直流電圧に降圧させ、蓄電池5へ出力させる。   That is, the mode changeover switch 13 of the input / output switching unit 7 is turned on to short-circuit both ends of the OR diode D1, and the bidirectional power conversion circuit 6 is operated with the storage battery charging function. Specifically, by turning off (opening) the first switch 11 and controlling the switching operation (on / off operation) of the second switch 12 (for example, duty control), the above-described step-down circuit unit is operated, The DC voltage input from the rectifier 2 through the power supply lines 9 and 10 is stepped down to a charging DC voltage and output to the storage battery 5.

一方、整流装置2から直流電圧が正常に出力できない整流出力異常状態になると、整流装置2から制御部8へ停電検出信号が出力されるため、制御部8は、その停電検出信号を受信することで、負荷電圧補償モードにて動作させる。   On the other hand, when a rectification output abnormal state in which the DC voltage cannot be normally output from the rectifier 2, a power failure detection signal is output from the rectifier 2 to the control unit 8, so that the control unit 8 receives the power failure detection signal. Then, it is operated in the load voltage compensation mode.

即ち、入出力切替部7のモード切替スイッチ13をオフさせると共に、双方向電力変換回路6を負荷電圧補償機能にて動作させる。具体的には、第2スイッチ12をオフする(開く)と共に第2スイッチ12のスイッチング動作(オン・オフ動作)を制御(例えばデューティ制御)することにより、上述した昇圧回路部を動作させて、蓄電池5の電圧を、整流装置2の正常動作時に整流装置2から出力される直流電圧と同等の電圧値(380V)に昇圧させる。そして、その昇圧後の直流電圧をORダイオードD1を介して電力供給線9,10に出力する。   That is, the mode changeover switch 13 of the input / output switching unit 7 is turned off, and the bidirectional power conversion circuit 6 is operated by the load voltage compensation function. Specifically, by turning off (opening) the second switch 12 and controlling the switching operation (on / off operation) of the second switch 12 (for example, duty control), the boosting circuit unit described above is operated, The voltage of the storage battery 5 is boosted to a voltage value (380 V) equivalent to the DC voltage output from the rectifying device 2 during normal operation of the rectifying device 2. Then, the boosted DC voltage is output to the power supply lines 9 and 10 via the OR diode D1.

これにより、整流装置2から外部負荷3へ所定の直流電圧を供給できなくなった場合でも、双方向電力変換回路6から供給される直流電圧によって、外部負荷3の動作を継続させることができる。   Thus, even when a predetermined DC voltage cannot be supplied from the rectifier 2 to the external load 3, the operation of the external load 3 can be continued by the DC voltage supplied from the bidirectional power conversion circuit 6.

尚、蓄電池5の電圧がすでに外部負荷3を正常動作させることが可能な電圧値である場合は、その電圧をさらに昇圧させる必要はないため、制御部8は、双方向電力変換回路6の動作を停止させる。この場合、蓄電池5の電圧がバイパスダイオードD2を介して電力供給線9,10へ出力されることとなる。   If the voltage of the storage battery 5 is already a voltage value that allows the external load 3 to operate normally, there is no need to further boost the voltage, so the control unit 8 operates the bidirectional power conversion circuit 6. Stop. In this case, the voltage of the storage battery 5 is output to the power supply lines 9 and 10 via the bypass diode D2.

そして、整流装置2が再び正常状態に戻った場合は、整流装置2から制御部8へ復帰信号が出力されるため、制御部8は、その復帰信号を受信することで、再び蓄電池充電モードにて動作させる。   When the rectifying device 2 returns to the normal state again, a return signal is output from the rectifying device 2 to the control unit 8, so that the control unit 8 receives the return signal and enters the storage battery charging mode again. Make it work.

双方向電力変換回路6は、図4に示した従来の直流給電システム120における電圧補償装置121と比較して明らかなように、電圧補償装置121に対して、第2スイッチ12及び第2ダイオードD4を追加した構成となっている。   As is apparent from the comparison between the voltage compensator 121 in the conventional DC power supply system 120 shown in FIG. 4, the bidirectional power conversion circuit 6 has a second switch 12 and a second diode D4. Is added.

つまり、従来の電圧補償装置121は単に蓄電池5の電圧を昇圧させて外部負荷へ供給する負荷電圧補償機能しか備えておらず、整流装置2の正常動作時には基本的に動作していなかったのに対し、上記のように構成部品を追加して蓄電池充電機能をも備えた双方向電力変換回路として構成することで、整流装置2の正常動作時にも動作して蓄電池5の充電を行うようにしている。   In other words, the conventional voltage compensator 121 has only a load voltage compensation function for boosting the voltage of the storage battery 5 and supplying it to an external load, and was basically not operating during normal operation of the rectifier 2. On the other hand, by constructing as a bidirectional power conversion circuit having a storage battery charging function by adding components as described above, the battery 5 is charged even when the rectifier 2 is operating normally. Yes.

図2に、本実施形態の直流給電システム1の動作例を示す。図2(a)は、整流装置2の出力電圧(直流電圧)と負荷電圧(外部負荷3に入力される電圧)の変化の一例を示し、図2(b)は電池電圧(蓄電池5の電圧)の変化の一例を示し、図2(c)はインダクタ電流(インダクタL1を流れる電流)の変化の一例を示す。尚、図2(a)において、実線は負荷電圧を示し、波線は整流装置2の出力電圧を示す。   FIG. 2 shows an operation example of the DC power supply system 1 of the present embodiment. 2A shows an example of changes in the output voltage (DC voltage) and load voltage (voltage input to the external load 3) of the rectifier 2, and FIG. 2B shows battery voltage (voltage of the storage battery 5). ), And FIG. 2C shows an example of change in the inductor current (current flowing through the inductor L1). In FIG. 2A, the solid line indicates the load voltage, and the broken line indicates the output voltage of the rectifier 2.

図2(a)に示すように、整流装置2が正常に動作している間(0〜約2.2ms)は、整流装置2からの出力電圧(約380V)がそのまま外部負荷3へ入力される。この間、動作モードは蓄電池充電モードに設定され、双方向電力変換回路6は蓄電池充電機能にて動作するため、蓄電池5の充電が行われる。本例では、蓄電池5の充電電圧は約260Vに設定されており(図2(b)参照)、蓄電池5の電圧が約260Vとなるように、双方向電力変換回路6から蓄電池5への出力電圧・出力電流が制御される。また、その充電動作に応じて、インダクタL1にも電流が流れる(図2(c)参照)。   As shown in FIG. 2A, while the rectifier 2 is operating normally (0 to about 2.2 ms), the output voltage (about 380 V) from the rectifier 2 is input to the external load 3 as it is. The During this time, the operation mode is set to the storage battery charging mode, and the bidirectional power conversion circuit 6 operates with the storage battery charging function, so that the storage battery 5 is charged. In this example, the charging voltage of the storage battery 5 is set to about 260 V (see FIG. 2B), and the output from the bidirectional power conversion circuit 6 to the storage battery 5 so that the voltage of the storage battery 5 is about 260 V. Voltage and output current are controlled. Further, according to the charging operation, a current also flows through the inductor L1 (see FIG. 2C).

そして、停電等によって整流出力異常状態になり、図2(a)に示すように整流装置2からの出力電圧が低下して所定の閾値Vr(例えば360V)以下になると、動作モードは負荷電圧補償モードに切り替わり、双方向電力変換回路6が負荷電圧補償機能での動作を開始する。即ち、蓄電池5の電圧を昇圧して外部負荷3へ出力し、これにより外部負荷3に入力される電圧は、外部負荷3が正常に動作可能なレベルに維持される。このとき、インダクタL1には、昇圧動作に伴う大きな電流(放電電流)が流れる(図2(c)参照)。また、この場合は蓄電池5の充電電力が外部負荷3へ供給されることになるため、蓄電池5の充電電力は徐々に低下していく(図2(b)参照)。   Then, when the rectified output is abnormal due to a power failure or the like, and the output voltage from the rectifying device 2 decreases to a predetermined threshold value Vr (for example, 360 V) or less as shown in FIG. The mode is switched, and the bidirectional power conversion circuit 6 starts the operation with the load voltage compensation function. That is, the voltage of the storage battery 5 is boosted and output to the external load 3, whereby the voltage input to the external load 3 is maintained at a level at which the external load 3 can operate normally. At this time, a large current (discharge current) accompanying the step-up operation flows through the inductor L1 (see FIG. 2C). In this case, since the charging power of the storage battery 5 is supplied to the external load 3, the charging power of the storage battery 5 gradually decreases (see FIG. 2B).

尚、双方向電力変換回路6を負荷電圧補償モードで動作させるための上記閾値Vrは、整流装置2からの出力電圧が低下しても外部負荷3の正常な動作を維持させることができる限り、適宜設定することができる。   The threshold value Vr for operating the bidirectional power conversion circuit 6 in the load voltage compensation mode is as long as the normal operation of the external load 3 can be maintained even if the output voltage from the rectifying device 2 decreases. It can be set appropriately.

そして、停電等の異常が解消されて整流装置2から再び正常に動作するようになると(約12.5ms)、図2(a)に示すように整流装置2からの出力電圧は正常な値(380V)に回復する。この場合、動作モードは再び蓄電池充電モードに切り替わり、双方向電力変換回路6は蓄電池充電機能にて動作することになるため、インダクタL1にはその充電動作に伴う電流が流れる(図2(c)参照)。また、その充電動作により、蓄電池5の電圧は徐々に上昇していく(図2(b)参照)。   When an abnormality such as a power failure is resolved and the rectifier 2 operates normally again (about 12.5 ms), the output voltage from the rectifier 2 is a normal value (as shown in FIG. 2A). 380V). In this case, the operation mode is again switched to the storage battery charging mode, and the bidirectional power conversion circuit 6 operates with the storage battery charging function, so that a current accompanying the charging operation flows through the inductor L1 (FIG. 2 (c)). reference). In addition, the voltage of the storage battery 5 gradually increases by the charging operation (see FIG. 2B).

尚、本実施形態では、制御部8は、整流装置2からの信号(停電検出信号及び復帰信号)に基づいて動作モードを切り替えるよう構成されているが、このような構成は一例であり、整流装置2から直流電圧が正常に出力可能か否かに応じて動作モードを適切に切り替える事ができる限り、制御部8が何に基づいて動作モードを切り替えるかについては特に限定されるものではない。例えば、整流装置2からの出力電圧を監視して、その出力電圧が正常な範囲内にあるか否かに応じて動作モードを切り替えるように構成してもよい。   In the present embodiment, the control unit 8 is configured to switch the operation mode based on the signals (the power failure detection signal and the return signal) from the rectifying device 2, but such a configuration is an example, As long as the operation mode can be appropriately switched depending on whether or not the DC voltage can be normally output from the device 2, there is no particular limitation on what the control unit 8 switches the operation mode based on. For example, the output voltage from the rectifier 2 may be monitored and the operation mode may be switched depending on whether or not the output voltage is within a normal range.

以上説明したように、本実施形態の直流給電システム1では、従来の電圧補償装置を、構成部品を追加することで双方向電力変換回路6及び入出力切替部7を構成し、双方向電力変換回路6にて、蓄電池充電機能及び負荷電圧補償機能の双方を実現可能としている。   As described above, in the DC power supply system 1 of the present embodiment, the bidirectional voltage conversion device 6 and the input / output switching unit 7 are configured by adding components to the conventional voltage compensation device, and the bidirectional power conversion. In the circuit 6, both the storage battery charging function and the load voltage compensation function can be realized.

しかも、その構成部品の追加は、システム全体のコストに対しては非常に微小であり、機能追加に伴うコストアップは軽微である。
そのため、蓄電池5の充電用として従来は独立して設けられていた充電装置が不要となり、システム全体の構成の簡素化・小型化・コストダウンが可能となる。
In addition, the addition of the component parts is very small with respect to the cost of the entire system, and the cost increase due to the addition of the function is slight.
This eliminates the need for a charging device that has conventionally been provided independently for charging the storage battery 5, and simplifies, reduces the size, and reduces the cost of the entire system.

また、上記のように独立した充電装置が不要となることから、従来の直流給電システムにおいて充電装置が占めていた空間を別の装置等が利用可能となる。そのため、空間の有効利用によるシステムの大容量化が可能となり、効率的なシステム運用が可能となる。   In addition, since an independent charging device is not necessary as described above, another device or the like can be used in the space occupied by the charging device in the conventional DC power supply system. As a result, the capacity of the system can be increased by effectively using the space, and efficient system operation is possible.

しかも、従来の充電装置は、交流入力電圧を直流電圧に変換(AC/DC変換)する構成であったが、本実施形態では、充電用の電圧は、上述したようにインダクタL1と第2スイッチ12と第2ダイオードD4とからなる降圧回路部にて生成(DC/DC変換)されるため、充電用の電圧を生成するための構成もより簡素化され、且つ、その生成時の電力変換効率も向上する。そのため、電力変換効率や稼働率の観点からも、システム全体の高効率化が実現できる。   Moreover, the conventional charging device has a configuration that converts an AC input voltage into a DC voltage (AC / DC conversion). However, in this embodiment, the charging voltage is the inductor L1 and the second switch as described above. 12 is generated (DC / DC conversion) by the step-down circuit unit including the second diode D4 and the second diode D4, the configuration for generating the charging voltage is further simplified, and the power conversion efficiency at the time of generation is also simplified. Will also improve. Therefore, high efficiency of the entire system can be realized from the viewpoint of power conversion efficiency and operation rate.

尚、本実施形態において、双方向電力変換回路6は本発明の電力変換回路に相当し、制御部8は本発明の制御手段に相当し、ORダイオードD1は本発明の主ダイオードに相当し、モード切替スイッチ13は本発明の主スイッチに相当する。   In this embodiment, the bidirectional power conversion circuit 6 corresponds to the power conversion circuit of the present invention, the control unit 8 corresponds to the control means of the present invention, the OR diode D1 corresponds to the main diode of the present invention, The mode change switch 13 corresponds to the main switch of the present invention.

[第2実施形態]
次に、第2実施形態の直流給電システム50について、図3を用いて説明する。図3に示す本実施形態の直流給電システム50は、外部負荷を複数有し、外部負荷毎にそれぞれ電力供給線を有することにより、整流装置57からの直流電圧が各電力供給線を介して各外部負荷へ並列に供給されるよう構成されたものであり、外部負荷毎に、その外部負荷に対応した電力供給線に、蓄電池、双方向電力変換回路、モード切替スイッチ、及び制御部からなるシステム(即ち図1に示した直流給電システム1のうち整流装置2を除いた構成)が接続されている。
[Second Embodiment]
Next, the DC power supply system 50 of the second embodiment will be described with reference to FIG. The DC power supply system 50 of the present embodiment shown in FIG. 3 has a plurality of external loads, and each external load has a power supply line, so that the DC voltage from the rectifier 57 is passed through each power supply line. A system that is configured to be supplied in parallel to an external load, and for each external load, a power supply line corresponding to the external load includes a storage battery, a bidirectional power conversion circuit, a mode switch, and a control unit (That is, the configuration excluding the rectifier 2 in the DC power supply system 1 shown in FIG. 1) is connected.

より具体的には、本実施形態の直流給電システム50は、外部負荷として第1負荷51−1,第2負荷51−2,第3負荷51−3,・・・,第N負荷51−Nを有しており、各外部負荷には、整流装置57からDCバス61に出力された直流電圧(例えば380V)がそれぞれ対応する電力供給線を経て入力される。即ち、第1負荷51−1に対しては整流装置57からの直流電圧が電力供給線61−1を経て供給され、第2負荷51−2に対しては整流装置57からの直流電圧が電力供給線61−2を介して供給され、第3負荷51−3に対しては整流装置57からの直流電圧が電力供給線61−3を介して供給され、第N負荷51−Nに対しては整流装置57からの直流電圧が電力供給線61−Nを介して供給される。   More specifically, the DC power supply system 50 of the present embodiment includes a first load 51-1, a second load 51-2, a third load 51-3, ..., an Nth load 51-N as external loads. The DC voltage (for example, 380 V) output from the rectifier 57 to the DC bus 61 is input to each external load via a corresponding power supply line. That is, the DC voltage from the rectifier 57 is supplied to the first load 51-1 through the power supply line 61-1, and the DC voltage from the rectifier 57 is supplied to the second load 51-2. The DC voltage from the rectifier 57 is supplied to the third load 51-3 via the power supply line 61-3 and supplied to the third load 51-3. The DC voltage from the rectifier 57 is supplied via the power supply line 61-N.

また、外部負荷毎にそれぞれ個別に、蓄電池(第1蓄電池52−1,第2蓄電池52−2,第3蓄電池52−3,・・・,第N蓄電池52−N)と、これら蓄電池を充電する蓄電池充電機能及び蓄電池の電圧を昇圧して対応する負荷へ供給する負荷電圧補償機能を備えた双方向電力変換回路(第1双方向電力変換回路53−1,第2双方向電力変換回路53−2,第3双方向電力変換回路53−3,・・・,第N双方向電力変換回路53−N。いずれも第1実施形態の双方向電力変換回路6と同じ構成・機能。)と、これら双方向電力変換回路と対応する電力供給線との間に設けられた入出力切替部(第1入出力切替部54−1,第2入出力切替部54−2,第3入出力切替部54−3,・・・,第N入出力切替部54−N。第1実施形態の入出力切替部7と同じ構成・機能)と、各双方向電力変換回路及び各入出力切替部の動作を制御する制御部(第1制御部55−1,第2制御部55−2,第3制御部55−3,・・・,第N制御部55−N)とを備えている。   In addition, the storage batteries (first storage battery 52-1, second storage battery 52-2, third storage battery 52-3,..., Nth storage battery 52-N) and these storage batteries are charged individually for each external load. Bidirectional power conversion circuit (first bidirectional power conversion circuit 53-1, second bidirectional power conversion circuit 53) having a storage battery charging function and a load voltage compensation function for boosting the voltage of the storage battery and supplying it to the corresponding load -2, the third bidirectional power conversion circuit 53-3, ..., the Nth bidirectional power conversion circuit 53-N, both of which have the same configuration and function as the bidirectional power conversion circuit 6 of the first embodiment. , An input / output switching unit (first input / output switching unit 54-1, second input / output switching unit 54-2, third input / output switching) provided between the bidirectional power conversion circuit and the corresponding power supply line. Unit 54-3,..., N-th input / output switching unit 54-N of the first embodiment. The same configuration and function as the output switching unit 7) and control units (first control unit 55-1, second control unit 55-2, third control unit) that control the operation of each bidirectional power conversion circuit and each input / output switching unit. And N-th control unit 55-N).

更に、各制御部は、通信ライン63を介して相互に情報の送受が可能となっており、これにより、各外部負荷の消費電力や各蓄電池の容量に関する情報を取得して、システム全体として各外部負荷が正常に動作できるように、対応する各双方向電力変換回路及び入出力切替部を制御する。   In addition, each control unit can send and receive information to and from each other via the communication line 63, thereby acquiring information on the power consumption of each external load and the capacity of each storage battery, and each system as a whole. Each bidirectional power conversion circuit and input / output switching unit are controlled so that the external load can operate normally.

図5に示した従来の直流給電システム100では、各整流装置、各蓄電池、及び各電圧補償装置は、外部負荷毎に専用のものとして構成されていた。そのため、図5に例示しているように、第1負荷101−1についてはその消費電力は少なくて対応する第1蓄電池103−1の残容量は大きいため問題なく動作させることができ、第2負荷101−2についてもその消費電力は大きいものの対応する第2蓄電池103−2の残容量も大きいため問題なく動作させることができるものの、第3負荷101−3についてはその消費電力(動作に必要な電力)は大きいのに対して対応する第3蓄電池103−3の残容量は小さい場合は、第1蓄電池103−1の容量には十分な余裕があるにもかかわらず、第3負荷101−3を動作させることができなかった。   In the conventional DC power supply system 100 shown in FIG. 5, each rectifier, each storage battery, and each voltage compensator are configured exclusively for each external load. Therefore, as illustrated in FIG. 5, the first load 101-1 can be operated without any problem because the power consumption is small and the remaining capacity of the corresponding first storage battery 103-1 is large. Although the load 101-2 has a large power consumption, the corresponding second storage battery 103-2 has a large remaining capacity and can be operated without any problem. However, the third load 101-3 has a power consumption (necessary for operation). When the remaining capacity of the corresponding third storage battery 103-3 is small while the capacity of the first storage battery 103-1 is sufficient, the third load 101- 3 could not be operated.

これに対し、本実施形態の直流給電システム50では、整流装置2から複数の外部負荷へ並列給電されると共に、外部負荷毎に双方向電力変換回路等が設けられているため、各双方向電力変換回路からの出力電圧は、対応する外部負荷へ供給可能であるのはもちろん、対応する外部負荷以外の他の外部負荷に対しても供給可能である。   In contrast, in the DC power supply system 50 of the present embodiment, power is supplied in parallel from the rectifier 2 to a plurality of external loads, and a bidirectional power conversion circuit and the like are provided for each external load. The output voltage from the conversion circuit can be supplied not only to the corresponding external load but also to other external loads other than the corresponding external load.

即ち、各外部負荷の消費電力や各蓄電池の充電容量に関する情報に基づいて各双方向電力変換回路等の動作が制御されることで、仮にいずれかの外部負荷に対応した蓄電池が容量不足となっていてその蓄電池によってはその外部負荷を動作させることができない場合であっても、他の何れかの蓄電池からの電力供給を受けてその外部負荷を動作させることができる。   In other words, by controlling the operation of each bidirectional power conversion circuit, etc. based on the power consumption of each external load and the information on the charging capacity of each storage battery, the storage battery corresponding to any external load temporarily runs out of capacity. Even if the external load cannot be operated depending on the storage battery, the external load can be operated by receiving power supply from any other storage battery.

そのため、図5と同じく図3に例示しているように、第3負荷51−3の消費電力(動作に要する電力)は大きいにも関わらず対応する第3蓄電池52−3の残容量は小さい場合は、比較的余裕のある第1蓄電池52−1からの電力の供給を受けて第3負荷51−3を動作させることができる。   Therefore, as illustrated in FIG. 3 as in FIG. 5, the remaining capacity of the corresponding third storage battery 52-3 is small although the power consumption (power required for operation) of the third load 51-3 is large. In this case, the third load 51-3 can be operated in response to the supply of power from the first storage battery 52-1, which has a relatively large margin.

つまり、各外部負荷に対応して設けられた各蓄電池は、基本的には自身に対応した外部負荷へ電力を供給するためのものであるものの、システム全体の状態(各蓄電池の容量や各外部負荷の消費電力など)に応じて他の外部負荷にも並列的に供給することができるのである。   In other words, each storage battery provided corresponding to each external load is basically for supplying power to the external load corresponding to itself, but the state of the entire system (capacity of each storage battery and each external load It can be supplied to other external loads in parallel according to the power consumption of the load).

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention. Needless to say.

例えば、上記実施形態で例示した双方向電力変換回路の構成はあくまでも一例であり、上述した双方向電力変換回路としての機能を有する限り、その具体的構成は特に限定されるものではない。   For example, the configuration of the bidirectional power conversion circuit exemplified in the above embodiment is merely an example, and the specific configuration thereof is not particularly limited as long as it has a function as the above-described bidirectional power conversion circuit.

また、上記実施形態の双方向電力変換回路は、トランスを用いない非絶縁型の電力変換回路からなる構成であったが、このような非絶縁型の構成であることもあくまでも一例であり、例えば、トランスの一次側及び二次側の双方にそれぞれ4つの半導体スイッチからなるフルブリッジ回路を設けることで双方向の電力変換が可能に構成された周知の絶縁型双方向電力変換回路のように、絶縁型の回路にて構成してもよい。   In addition, the bidirectional power conversion circuit of the above embodiment has a configuration including a non-insulated power conversion circuit that does not use a transformer, but such a non-insulated type configuration is merely an example, for example, Like a well-known isolated bidirectional power conversion circuit configured to enable bidirectional power conversion by providing a full bridge circuit composed of four semiconductor switches on both the primary side and the secondary side of the transformer, You may comprise with an insulation type circuit.

1,50,100,120…直流給電システム、2,57…整流装置、3…外部負荷、4…充電装置、5…蓄電池、6…双方向電力変換回路、7…入出力切替部、8…制御部、9,10…電力供給線、10…電力供給線、11…第1スイッチ、12…第2スイッチ、13…モード切替スイッチ、51−1…第1負荷、51−2…第2負荷、51−3…第3負荷、51−N…第N負荷、52−1…第1蓄電池、52−2…第2蓄電池、52−3…第3蓄電池、52−N…第N蓄電池、53−1…第1双方向電力変換回路、53−2…第2双方向電力変換回路、53−3…第3双方向電力変換回路、53−N…第N双方向電力変換回路、54−1…第1入出力切替部、54−2…第2入出力切替部、54−3…第3入出力切替部、54−N…第N入出力切替部、55−1…第1制御部、55−2…第2制御部、55−3…第3制御部、55−N…第N制御部、61…DCバス、61−1…電力供給線、61−2…電力供給線、61−3…電力供給線、61−N…電力供給線、63…通信ライン、C1,C11…コンデンサ、D1…ORダイオード、D2…バイパスダイオード、D11…ダイオード、D3…第1ダイオード、D4…第2ダイオード、L1,L11…インダクタ、L11…インダクタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,50,100,120 ... DC power supply system, 2,57 ... Rectifier, 3 ... External load, 4 ... Charger, 5 ... Storage battery, 6 ... Bidirectional power conversion circuit, 7 ... Input / output switching part, 8 ... Control unit, 9, 10 ... power supply line, 10 ... power supply line, 11 ... first switch, 12 ... second switch, 13 ... mode selector switch, 51-1 ... first load, 51-2 ... second load , 51-3 ... 3rd load, 51-N ... Nth load, 52-1 ... 1st storage battery, 52-2 ... 2nd storage battery, 52-3 ... 3rd storage battery, 52-N ... Nth storage battery, 53 -1 ... 1st bidirectional power converter circuit, 53-2 ... 2nd bidirectional power converter circuit, 53-3 ... 3rd bidirectional power converter circuit, 53-N ... Nth bidirectional power converter circuit, 54-1 ... 1st input / output switching part, 54-2 ... 2nd input / output switching part, 54-3 ... 3rd input / output switching part, 54-N ... Nth Output switching unit, 55-1 ... first control unit, 55-2 ... second control unit, 55-3 ... third control unit, 55-N ... Nth control unit, 61 ... DC bus, 61-1 ... power Supply line, 61-2 ... power supply line, 61-3 ... power supply line, 61-N ... power supply line, 63 ... communication line, C1, C11 ... capacitor, D1 ... OR diode, D2 ... bypass diode, D11 ... Diode, D3 ... 1st diode, D4 ... 2nd diode, L1, L11 ... Inductor, L11 ... Inductor

Claims (4)

交流電力系統から入力される交流電圧を直流電圧に変換して外部負荷への電力供給線へ出力する整流装置と、
蓄電池と、
前記電力供給線と前記蓄電池の間に設けられた双方向電力変換装置と、
を備え、
前記双方向電力変換装置は、
該電力供給線から入力される前記整流装置からの前記直流電圧を降圧して前記蓄電池へ供給することにより該蓄電池を充電する蓄電池充電機能、及び前記蓄電池の電圧を昇圧して前記電力供給線へ出力することにより前記外部負荷へ該蓄電池の電力を供給する負荷電圧補償機能を有する電力変換回路と、
前記電力変換回路と前記電力供給線との間の通電経路上に設けられ、該電力変換回路から該電力供給線への通電を許可してその逆方向の通電は阻止する主ダイオードと、
前記主ダイオードと並列に接続され、該主ダイオードの両端を短絡することにより前記電力供給線から前記電力変換回路への通電を可能とするための主スイッチと、
前記整流装置が前記直流電圧を正常に出力可能なときは、前記主スイッチを閉じて前記主ダイオードの両端を短絡させると共に前記電力変換回路を前記蓄電池充電機能で動作させ、前記整流装置が前記直流電圧を正常に出力できないときは、前記主スイッチを開くと共に前記電力変換回路を前記負荷電圧補償機能で動作させる制御手段と、を備えている
ことを特徴とする直流給電システム。
A rectifier that converts an AC voltage input from the AC power system into a DC voltage and outputs it to a power supply line to an external load;
A storage battery,
A bidirectional power converter provided between the power supply line and the storage battery;
With
The bidirectional power converter is
A storage battery charging function for charging the storage battery by stepping down the DC voltage input from the power supply line and supplying the storage battery to the storage battery, and boosting the voltage of the storage battery to the power supply line A power conversion circuit having a load voltage compensation function for supplying power of the storage battery to the external load by outputting;
A main diode provided on an energization path between the power conversion circuit and the power supply line, allowing energization from the power conversion circuit to the power supply line and preventing energization in the reverse direction;
A main switch connected in parallel with the main diode, and enabling energization from the power supply line to the power conversion circuit by short-circuiting both ends of the main diode;
When the rectifier can normally output the DC voltage , the main switch is closed to short-circuit both ends of the main diode and the power conversion circuit is operated with the storage battery charging function. And a control means for opening the main switch and operating the power conversion circuit with the load voltage compensation function when the voltage cannot be normally output.
請求項に記載の直流給電システムであって、
前記電力変換回路は、前記蓄電池充電機能を実現する降圧回路部と前記負荷電圧補償機能を実現する昇圧回路部を有し、
前記昇圧回路部は、少なくとも、
一端が前記蓄電池の正極側に接続されたインダクタと、
一端が前記蓄電池の負極側に接続されて他端が前記インダクタの他端側に接続された第1スイッチと、
前記インダクタと前記第1スイッチの接続点にアノードが接続された第1ダイオードと、
により構成され、
前記降圧回路部は、少なくとも、
前記第1ダイオードに並列接続され、該第1ダイオードの両端を短絡することにより該第1ダイオードのカソード側からアノード側への通電を可能とするための第2スイッチと、
アノードが前記第1スイッチの一端側に接続されてカソードが前記第1スイッチの他端側に接続された第2ダイオードと、
前記インダクタと、
により構成されており、
前記制御手段は、前記電力変換回路を前記負荷電圧補償機能で動作させる際には、前記第2スイッチを開くと共に前記第1スイッチの開閉を制御することにより前記昇圧回路部を動作させて前記蓄電池の電圧を昇圧させ、前記電力変換回路を前記蓄電池充電機能で動作させる際には、前記第1スイッチを開くと共に前記第2スイッチの開閉を制御することにより前記降圧回路部を動作させて前記電力供給線から入力される前記直流電圧を降圧させる
ことを特徴とする直流給電システム。
The DC power supply system according to claim 1 ,
The power conversion circuit has a step-down circuit unit that realizes the storage battery charging function and a step-up circuit unit that realizes the load voltage compensation function,
The booster circuit unit includes at least
An inductor having one end connected to the positive electrode side of the storage battery;
A first switch having one end connected to the negative electrode side of the storage battery and the other end connected to the other end side of the inductor;
A first diode having an anode connected to a connection point between the inductor and the first switch;
Composed of
The step-down circuit unit is at least
A second switch connected in parallel to the first diode, and enabling a current from the cathode side to the anode side of the first diode by short-circuiting both ends of the first diode;
A second diode having an anode connected to one end of the first switch and a cathode connected to the other end of the first switch;
The inductor;
It consists of
When the power conversion circuit is operated by the load voltage compensation function, the control means opens the second switch and controls the opening and closing of the first switch to operate the booster circuit unit to operate the storage battery. When the power conversion circuit is operated with the storage battery charging function, the step-down circuit unit is operated by opening and closing the second switch and controlling the opening and closing of the second switch. A DC power supply system, wherein the DC voltage input from a supply line is stepped down.
請求項1又は請求項2に記載の直流給電システムであって、
前記外部負荷を複数備えると共に該外部負荷毎にそれぞれ前記電力供給線を有することにより、前記整流装置からの直流電圧が前記各電力供給線を介して前記各外部負荷へ並列に供給されるよう構成されており、
前記外部負荷毎に、該外部負荷に対応した前記電力供給線に前記双方向電力変換装置が接続されている
ことを特徴とする直流給電システム。
The DC power supply system according to claim 1 or 2 ,
A configuration in which a plurality of the external loads are provided and each of the external loads has the power supply line so that a DC voltage from the rectifier is supplied in parallel to the external loads via the power supply lines. Has been
The DC power supply system, wherein the bidirectional power converter is connected to the power supply line corresponding to the external load for each external load.
外部の電力供給線に接続された第1の入出力端及び蓄電池が接続された第2の入出力端を有すると共に、前記電力供給線から前記第1の入出力端に入力された直流電圧を降圧して前記第2の入出力端から出力することにより該蓄電池を充電する蓄電池充電機能、及び前記第2の入出力端から入力された前記蓄電池の電圧を昇圧して前記第1の入出力端から前記電力供給線へ出力する電力供給機能を有する電力変換回路と、
前記第1の入出力端と前記電力供給線との間の通電経路上に設けられ、該第1の入出力端から該電力供給線への通電を許可してその逆方向の通電は阻止する主ダイオードと、
前記主ダイオードと並列に接続され、該主ダイオードの両端を短絡することにより前記電力供給線から前記第1の入出力端への通電を可能とするための主スイッチと、
予め決められた第1の条件が成立した場合には、前記主スイッチを閉じて前記主ダイオードの両端を短絡させると共に前記電力変換回路を前記蓄電池充電機能で動作させ、予め決められた第2の条件が成立した場合には、前記主スイッチを開くと共に前記電力変換回路を前記電力供給機能で動作させるための制御手段と、
を備えたことを特徴とする双方向電力変換装置。
A first input / output terminal connected to an external power supply line and a second input / output terminal connected to a storage battery, and a DC voltage input from the power supply line to the first input / output terminal A storage battery charging function for charging the storage battery by stepping down and outputting from the second input / output terminal, and boosting the voltage of the storage battery input from the second input / output terminal to increase the first input / output A power conversion circuit having a power supply function of outputting from the end to the power supply line;
Provided on an energization path between the first input / output end and the power supply line, permitting energization from the first input / output end to the power supply line and preventing energization in the opposite direction. A main diode;
A main switch connected in parallel with the main diode, and enabling energization from the power supply line to the first input / output terminal by short-circuiting both ends of the main diode;
When a predetermined first condition is satisfied, the main switch is closed to short-circuit both ends of the main diode, and the power conversion circuit is operated with the storage battery charging function to determine a predetermined second When the condition is satisfied, the control means for opening the main switch and operating the power conversion circuit with the power supply function,
A bidirectional power conversion device comprising:
JP2010270742A 2010-12-03 2010-12-03 DC power supply system and bidirectional power converter Active JP5596521B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010270742A JP5596521B2 (en) 2010-12-03 2010-12-03 DC power supply system and bidirectional power converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010270742A JP5596521B2 (en) 2010-12-03 2010-12-03 DC power supply system and bidirectional power converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012120414A JP2012120414A (en) 2012-06-21
JP5596521B2 true JP5596521B2 (en) 2014-09-24

Family

ID=46502602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010270742A Active JP5596521B2 (en) 2010-12-03 2010-12-03 DC power supply system and bidirectional power converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5596521B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6005469B2 (en) * 2012-10-12 2016-10-12 シャープ株式会社 DC power supply system
JP6410299B2 (en) * 2014-07-07 2018-10-24 Fdk株式会社 Uninterruptible power system
CN107404149A (en) * 2017-09-04 2017-11-28 广州泓淮能源科技有限公司 A kind of storage battery parallel power supply system based on straight-flow system
CN110892603A (en) * 2018-10-30 2020-03-17 深圳市大疆创新科技有限公司 Battery control circuit, battery and unmanned aerial vehicle
JP6906579B2 (en) * 2019-09-27 2021-07-21 三菱電機株式会社 Power supply device
JP2022127230A (en) * 2021-02-19 2022-08-31 株式会社日立製作所 AC-DC converter
WO2023170860A1 (en) * 2022-03-10 2023-09-14 三菱電機株式会社 Dc power distribution system

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0787686A (en) * 1993-09-17 1995-03-31 Fuji Electric Co Ltd Uninterruptible power supply
JP3863273B2 (en) * 1997-12-26 2006-12-27 富士通株式会社 Power supply
JP3854418B2 (en) * 1999-02-03 2006-12-06 株式会社高見沢サイバネティックス Uninterruptible power system
JP2001008382A (en) * 1999-06-16 2001-01-12 Nissin Electric Co Ltd Power supply apparatus for uninterruptible work
JP3813090B2 (en) * 2002-01-09 2006-08-23 日本電信電話株式会社 Uninterruptible DC supply system
JP2003309937A (en) * 2002-04-16 2003-10-31 Hitachi Ltd Power source
JP2007306647A (en) * 2006-05-09 2007-11-22 Lenovo Singapore Pte Ltd Power supply system and electronic equipment
JP2010178479A (en) * 2009-01-28 2010-08-12 Kyocera Corp Base station device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012120414A (en) 2012-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5596521B2 (en) DC power supply system and bidirectional power converter
US9024476B2 (en) Single-battery power topologies for online UPS systems
US10033190B2 (en) Inverter with at least two DC inputs, photovoltaic system comprising such an inverter and method for controlling an inverter
KR101094055B1 (en) Energy Storage System
KR101084214B1 (en) Grid-connected energy storage system and method for controlling grid-connected energy storage system
US20120181873A1 (en) Hybrid Battery System
WO2010035338A1 (en) Power converting apparatus
WO2012144357A1 (en) Power supply device, control method for power supply device, and dc power supply system
EP4068564B1 (en) Energy storage system
JP6582098B2 (en) Charging power supply system with low standby power and control method thereof
AU2019215491A1 (en) Photovoltaic power generation system and photovoltaic power transmission method
JP2010041782A (en) Power distribution system
US11165358B2 (en) Switching control method for isolated bidirectional DC-DC converter
WO2006065435A2 (en) Power system with redundant power supply apparatus
JP2009148110A (en) Charger/discharger and power supply device using the same
JP4767976B2 (en) DC power supply system
CN109980709B (en) Charging power supply system with low standby power consumption and control method thereof
US6961250B2 (en) Non-isolated AC power supply device and method for controlling the same
JP6722295B2 (en) Power conversion system, power supply system, and power conversion device
CN112952926A (en) Multi-battery switching control circuit, device, system and control method
JP2009171724A (en) Bidirectional converter
CN105529746A (en) Flexible power distribution system
JP2015108932A (en) Solar battery power distribution circuit
CN110932333A (en) Power distribution system
EP4135153B1 (en) Battery cell balance circuit and method of operating the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130924

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140520

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140521

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140717

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140805

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140807

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5596521

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350