JP5758240B2 - 給電システム、及び制御方法 - Google Patents
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Description
このように、上述のような給電システムは、罹障範囲を狭くしつつ、異常状態において負荷部が稼動できる状態を保持する保持時間を長くすることが困難であるという問題がある。
[第1の実施形態]
図1は、本実施形態による給電システム1の構成を示す概略ブロック図である。
この図において、給電システム1は、複数の給電系統(K1〜K3)、補助スイッチ部50、及び監視部60を備えている。給電システム1は、例えば、直流給電システムであり、交流電力源71〜73から供給された交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を負荷部31〜33に供給する。本実施形態では、一例として、給電システム1が3つの給電系統(K1〜K3)を備える形態について説明する。ここで、3つの給電系統(K1〜K3)は、第1の給電系統K1、第2の給電系統K2、及び第3の給電系統K3である。
なお、負荷端スイッチ41は、検出した負荷部31に供給される電流が予め定められた閾値以上である場合に、電力供給線L1と負荷部31との間を遮断する負荷遮断器の機能を有している。
ここで、整流装置(12、13)は整流装置11と同様の構成であり、蓄電池(22、23)は蓄電池21と同様の構成であり、負荷端スイッチ(42、43)は負荷端スイッチ41と同様の構成であり、説明を省略する。
負荷部31〜33は、例えば、通信装置や情報装置などの電力を消費する装置であり、図示を省略するが複数の通信装置や情報装置などの装置を有する装置群である。
例えば、第3の給電系統K3の整流装置13が異常状態になった場合に、監視部60は、異常系統(K3)の電力供給線L3と他系統(K1、K2)の電力供給線(L1、L2)との間を補助スイッチ部50により導通状態にさせる。以下、第3の給電系統K3が異常系統になり、第1の給電系統K1及び第2の給電系統K2が他系統である場合の例を説明する。
本実施形態では、監視部60は、異常系統(K3)における整流装置13の出力可能電力及び負荷電力に基づいて不足電力を算出する。すなわち、監視部60は、出力可能電力と負荷電力との差分を生成することにより、不足電力を算出する。
整流装置11〜13は、同様の構成であり、ここでは、一例として、整流装置11の構成として説明する。
図2は、本実施形態における整流装置(RF)11の構成を示す概略ブロック図である。
この図において、整流装置11は、複数(N個)の直流電源ユニット101〜10N、電源制御部111、電流検出部112、及び通信部113を備えている。
補助スイッチ51〜53は、同様の構成であり、ここでは、一例として、補助スイッチ51の構成として説明する。また、本実施形態では、負荷端スイッチ41〜43は、補助スイッチ51〜53と同様の構成のスイッチが用いられており、負荷端スイッチ41〜43も同様の構成である。
図3は、本実施形態における補助スイッチ51の構成を示す概略ブロック図である。
この図において、補助スイッチ51は、端子T1と端子T2との間を導通状態又は非導通状態(遮断状態)にするスイッチである。補助スイッチ51は、電流検出部511、電圧検出部512、半導体スイッチ部513、SW(スイッチ)制御回路514、及び通信部515を備えている。
電流検出部511は、端子T1と端子T2との間に流れる電流を検出して、検出した電流値をSW制御回路514に出力する。
半導体スイッチ部513は、SW制御回路514から供給される制御信号に基づいて、端子T1と端子T2との間を導通状態又は非導通状態(遮断状態)にする。
電圧検出部512は、端子T2における電圧を検出し、検出した電圧値をSW制御回路514に出力する。
また、SW制御回路514は、無線通信により監視部60から供給された指令に応じて、端子T1と端子T2との間を半導体スイッチ部513により導通状態、又は非導通状態(遮断状態)にさせる。
なお、補助スイッチ51は、ヒューズ機能を有している。SW制御回路514は、電流検出部511によって検出した電流値が、予め定められた閾値以上になった場合に、端子T1と端子T2との間を半導体スイッチ部513により非導通状態(遮断状態)にさせる。
図4は、本実施形態における給電システム1の動作を示すフローチャートである。
この図において、第3の給電系統K3が整流装置13の故障などにより異常状態になった場合の一例について説明する。なお、給電システム1では、正常状態にある場合に、監視部60は、3つの給電系統(K1〜K3)の電力供給線L1〜L3の間を補助スイッチ部50に非導通状態にさせている。
例えば、整流装置13の動作状態が停電により動作が停止している状態にある場合に、監視部60は、整流装置13が異常状態であると判定する。すなわち、ここでは、給電システム1は、第3の給電系統K3に異常状態であると判定する。
また、上述の動作状態には、整流装置11〜13が出力可能な電力を示す出力可能電力の情報が含まれ、監視部60は、この出力可能電力と、負荷部31〜33が消費する負荷電力とに基づいて、整流装置11〜13のいずれかが異常状態になったか否かを判定してもよい。
また、ステップS107において、給電システム1は、現在の状態を維持して、処理をステップS101に戻す。
なお、ここで、罹障範囲とは、故障の影響を受ける範囲のことである。罹障範囲を狭くすると、例えば、1つの給電系統において故障が発生した場合であっても、狭い範囲だけの影響に留めることができるため、給電システム1の信頼性を向上させることができる。
例えば、蓄電池21〜23が経年劣化や故障により交換する必要があって交換するまでに時間がかかる場合に、給電システム1は、蓄電池21〜23の交換工事が終わるまでの期間におけるシステムの運用リスクを低減することができる。また、給電システム1は、非常時(緊急時に)経年劣化や故障していない他系統の蓄電池を有効に利用することができる。よって、本実施形態による給電システム1は、直流電力を負荷部31〜33に給電する信頼性を向上させることができる。
これにより、給電システム1は、簡易な手段により、給電系統(K1〜K3)の異常状態を検出することができる。
これにより、給電システム1は、出力可能電力と負荷電力とに基づいて異常状態を判定するため、異常状態になったか否かを正確に判定することができる。
これにより、給電システム1は、異常系統に電力を供給可能な他系統を選択して、補助スイッチ部50により導通状態にさせるので、適切に異常系統の給電を補完することができる。
これにより、給電システム1は、異常系統に電力を供給可能な他系統を正確に選択して、補助スイッチ部50により導通状態にさせるので、適切に異常系統の給電を補完することができる。
これにより、給電システム1は、1系統で異常系統に電力を供給できない場合に、少なくとも2つの他系統によって適切に異常系統に電力を供給することができ、適切に異常系統の給電を補完することができる。
これにより、監視部60は、簡易な構成により正確に負荷電力を取得することができる。
これにより、監視部60が負荷電力を算出する必要がなく、簡易な構成により正確に負荷電力を取得することができる。そのため、給電システム1は、監視部60の処理量を低減することができる。
また、本実施形態では、複数(3つ)の給電系統(K1〜K3)がそれぞれ有する整流装置11〜13のうちの全てが、対応する負荷部31〜33に必要な直流電力を供給できている正常状態になった場合に、導通状態にされている全ての電力供給線L1〜L3の間を補助スイッチ部50により非導通状態(遮断状態)にさせる。
これにより、正常状態にある場合に、複数(3つ)の給電系統(K1〜K3)が、それぞれが異なる負荷部31〜33に直流電力を供給する分散給電を行うため、給電システム1は、罹障範囲を狭くすることができる。
これにより、給電システム1は、各給電系統(K1〜K3)が過負荷状態になった場合に、安全に負荷部31〜33を切り離すことができる。
また、本実施形態によれば、給電システム1の制御方法は、複数(3つ)の給電系統(K1〜K3)を監視し、複数(3つ)の給電系統(K1〜K3)がそれぞれ有する整流装置11〜13のうちの、少なくとも1つが異常状態になった場合に、異常状態になった給電系統を示す異常系統の電力供給線(例えば、L3)と、他系統の電力供給線(例えば、L1、L2)との間を補助スイッチ部50により導通状態にさせる手順を、を含んでいる。
これにより、本実施形態による給電システム1の制御方法は、罹障範囲を狭くしつつ、異常状態において負荷部31〜33が稼動できる状態を保持する保持時間を長くすることができる。また、給電システム1の制御方法は、非常時(緊急時に)経年劣化や故障していない他系統の蓄電池を有効に利用することができるので、直流電力を負荷部31〜33に給電する信頼性を向上させることができる。
次に、第2の実施形態による給電システム1aについて説明する。
図5は、本実施形態による給電システム1aの構成を示す概略ブロック図である。
この図において、給電システム1aは、複数の給電系統(K1〜K3)、補助スイッチ部50、及び監視部60を備えている。本実施形態では、3つの給電系統(K1〜K3)が、蓄電池端スイッチ81〜83をそれぞれ備えている点が、第1の実施形態における給電システム1と異なる。また、蓄電池端スイッチ81〜83が追加されたことにより、監視部60の制御が第1の実施形態における給電システム1と異なる。以下、蓄電池端スイッチ81〜83及び監視部60について説明する。
蓄電池端スイッチ81(電池端検出部)は、電力供給線L1における蓄電池21が接続される端部に配置され、蓄電池21が接続される端部における電圧及び蓄電池21が接続される端部に流れる電流を検出する。なお、蓄電池端スイッチ81は、蓄電池21が接続される端部における電圧を蓄電池21の電圧として検出する。蓄電池端スイッチ81は、検出した電圧値及び電流値を無線通信により論理ネットワーク61を介して監視部60に出力する。また、蓄電池端スイッチ81は、検出した蓄電池21における電圧及び蓄電池21が接続される端部に流れる電流に基づいて放電電力を算出し、算出した放電電力を無線通信により論理ネットワーク61を介して監視部60に出力する。ここで、放電電力とは、蓄電池21から放電される電力のことであり、上述のように、蓄電池端スイッチ81によって蓄電池21における電圧及び蓄電池21が接続される端部に流れる電流に基づいて算出される。
なお、蓄電池端スイッチ81は、検出した蓄電池21が接続される端部に流れる電流が予め定められた閾値以上である場合に、電力供給線L1と蓄電池21との間を遮断する電池遮断器の機能を有している。
本実施形態において、監視部60は、異常系統(K3)における蓄電池23から放電される放電電力に基づいて不足電力を算出する。すなわち、監視部60は、蓄電池端スイッチ83によって検出された放電電力を不足電力として取得する。
また、監視部60は、蓄電池端スイッチ81〜83によって検出された蓄電池21〜23が接続される端部に流れる電流に基づいて、3つの給電系統(K1〜K3)のうちの全ての給電系統における蓄電池21〜23が非放電状態であるか否かを判定する。監視部60は、全ての蓄電池21〜23が非放電状態である場合に、導通状態されている全ての電力供給線L1〜L3の間を補助スイッチ部50により非導通状態(遮断状態)にさせる。ここで、非放電状態とは、蓄電池21〜23が負荷部31〜33に電力を供給していない状態を示す。
図6は、本実施形態における給電システム1aの動作を示すフローチャートである。
この図において、第3の給電系統K3が整流装置13の故障などにより異常状態になった場合の一例について説明する。なお、給電システム1aでは、正常状態にある場合に、監視部60は、3つの給電系統(K1〜K3)の電力供給線L1〜L3の間を補助スイッチ部50に非導通状態にさせている。
ステップS206からステップS209において、監視部60は、異常系統の電力供給線L3と他系統の電力供給線(L1、L2)とを導通状態にさせてよいかを、蓄電池23の放電電力を不足電力として用いて、判定を行う。
このように、給電システム1aは、異常発生(例えば停電発生)した場合に、まず、給電系統ごとに蓄電池による給電を行う。監視部60は、例えば、蓄電池21〜23の電圧が予め定まられた閾値に達したら、補助スイッチ部50を導通状態(オン状態)にさせて、全ての蓄電池21〜23を融合したトータルで負荷部31〜33に直流電力を供給する給電回路を構築する。すなわち、給電システム1aは、正常状態では罹障範囲の狭い分散給電方式となり、異常状態(緊急状態)ではシステム全体で補償するシステム方式となる。
また、本実施形態では、一例として、第3の給電系統K3が異常系統である形態を説明したが、給電システム1aは、他の給電系統(K1、K2)が異常系統である場合にも同様に対応することができる。また、給電システム1aは、複数の給電系統が異常系統であっても問題なく対応することができる。
これにより、実測値に基づいて放電電力を算出するので、監視部60は、正確な放電電力を取得することができる。さらに、正確な放電電力を取得できるため、監視部60は、正確に不足電力を取得することができ、適切に異常系統を判定することができる。そのため、本実施形態による給電システム1aは、罹障範囲を狭くしつつ、異常状態において負荷部31〜33が稼動できる状態を保持する保持時間を長くすることができる。
これにより、例えば、整流装置13が故障や出力電力の低下が発生したとしても、蓄電池23の電圧が低下していない場合には、給電システム1aは、罹障範囲を狭くした状態を保持する。異常系統(K3)の蓄電池21の電圧が低下して、他系統(K1、K2)からの電力供給が必要になった場合に、補助スイッチ部50により導通状態にさせるので、給電システム1aは、罹障範囲を狭くした正常状態の期間を第1の実施形態に比べて長くすることができる。また、給電システム1aは、蓄電池21〜23の電圧低下を検出することができるので、蓄電池21〜23の経年劣化を正確に検出することができる。
これにより、監視部60が負荷電力を算出する必要がなく、簡易な構成により正確に負荷電力を取得することができる。そのため、給電システム1aは、監視部60の処理量を低減することができる。
これにより、給電システム1aは、蓄電池21〜23が非放電状態にある場合に、正常状態に戻ったことを判定するので、第1の実施形態に比べて、正常状態に戻ったことを正確に判定することができる。
これにより、給電システム1aは、蓄電池21〜23の電圧が低下した場合に、異常状態になったと判定するので、簡易な手段により、給電系統(K1〜K3)の異常状態を検出することができる。
上記の各実施形態において、負荷端スイッチ41〜43は、負荷部31〜33に供給される電圧及び電流を検出するスイッチである形態を説明したが、半導体スイッチ部513を備えない負荷端検出部とする形態でもよい。また、負荷端スイッチ41〜43が、検出した電圧及び電流に基づいて負荷電力を算出する形態を説明したが、監視部60が、負荷端スイッチ41〜43によって検出された電圧及び電流に基づいて負荷電力を算出する形態でもよい。
また、上記の各実施形態において、一例として、第3の給電系統K3が異常系統である形態を説明したが、給電システム1(1a)は、他の給電系統(K1、K2)が異常系統である場合にも同様に対応することができる。
また、上記の第2の実施形態において、ステップS213の処理は、監視部60が蓄電池端スイッチ81〜83によって検出された電流値に基づいて、非放電状態であるか否かを判定する形態を説明したが、放電電力や電圧に基づいて非放電状態であるか否かを判定する形態でもよい。
Claims (15)
- 複数の給電系統であって、それぞれの給電系統が、交流電力を直流電力に変換し、変換した前記直流電力を対応する負荷部に対応する電力供給線を介して供給する整流装置と、前記整流装置が供給する前記直流電力が不足した場合に前記電力供給線を介して前記負荷部に電力を供給する蓄電池とを有する複数の給電系統と、
前記複数の給電系統における前記電力供給線のそれぞれの間を選択的に導通状態にするスイッチ部と、
前記整流装置の動作状態に基づいて、前記複数の給電系統がそれぞれ有する前記整流装置のうちの、少なくとも1つの前記整流装置が、当該整流装置に対応する前記負荷部に必要な直流電力を供給できない異常状態になったか否かを判定し、少なくとも1つの前記整流装置が、前記異常状態になった場合に、前記異常状態になった前記給電系統である異常系統の前記電力供給線と、前記複数の給電系統のうちの前記異常系統とは異なる前記給電系統である他系統の前記電力供給線との間を前記スイッチ部により導通状態にさせる制御部と、
を備え、
前記整流装置の動作状態には、前記整流装置が出力可能な電力を示す出力可能電力の情報が含まれ、
前記制御部は、
前記出力可能電力と、対応する前記負荷部が消費する負荷電力とに基づいて、少なくとも1つの前記整流装置が前記異常状態になったか否かを判定し、
少なくとも1つの前記整流装置が前記異常状態になった場合に、前記他系統における前記出力可能電力及び対応する前記負荷電力に基づいて算出した前記他系統における余剰電力と、前記異常系統における不足電力とに基づいて、前記他系統の前記電力供給線と前記異常系統の前記電力供給線との間を前記スイッチ部により導通状態にさせる
ことを特徴とする給電システム。 - 前記整流装置は、前記整流装置の動作状態を検出する状態検出部を備え、
前記制御部は、
前記状態検出部によって検出された前記整流装置の動作状態に基づいて、少なくとも1つの前記整流装置が前記異常状態になったか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の給電システム。 - 前記制御部は、
前記他系統ごとに、前記余剰電力が前記不足電力以上であるか否かを判定し、前記余剰電力が前記不足電力以上であると判定された場合に、当該判定された前記他系統の前記電力供給線と前記異常系統の前記電力供給線との間を前記スイッチ部により導通状態にさせる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の給電システム。 - 前記制御部は、
複数の前記他系統のうちの少なくとも2つの前記他系統ごとに、前記少なくとも2つの前記他系統における前記余剰電力の総量が前記不足電力以上であるか否かを判定し、前記余剰電力の総量が前記不足電力以上であると判定された場合に、当該判定された前記少なくとも2つの前記他系統の前記電力供給線と前記異常系統の前記電力供給線との間を前記スイッチ部により導通状態にさせる
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給電システム。 - 前記複数の給電系統は、
前記電力供給線における前記負荷部が接続される端部に配置され、前記負荷部に供給される電圧及び電流を検出する負荷端検出部をそれぞれ備え、
前記負荷電力は、前記負荷端検出部によって検出された前記負荷部に供給される電圧及び電流に基づいて算出される
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給電システム。 - 前記負荷端検出部は、
検出された前記負荷部に供給される電圧及び電流に基づいて前記負荷電力を算出し、算出した前記負荷電力を前記制御部に出力する
ことを特徴とする請求項5に記載の給電システム。 - 前記制御部は、
前記異常系統における前記整流装置の出力可能電力及び前記負荷電力に基づいて前記不足電力を算出する
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の給電システム。 - 前記制御部は、
前記異常系統における前記蓄電池から放電される放電電力に基づいて前記不足電力を算出する
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の給電システム。 - 前記複数の給電系統は、
前記電力供給線における前記蓄電池が接続される端部に配置され、前記蓄電池が接続される端部における電圧を前記蓄電池の電圧として検出する電池端検出部をそれぞれ備え、
前記制御部は、
前記電池端検出部によって検出された前記蓄電池の電圧が予め定められた閾値以下である場合に、少なくとも1つの前記整流装置が前記異常状態になったと判定する
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の給電システム。 - 前記複数の給電系統は、
前記電力供給線における前記蓄電池が接続される端部に配置され、前記蓄電池が接続される端部における電圧及び前記蓄電池が接続される端部に流れる電流を検出する電池端検出部をそれぞれ備え、
前記放電電力は、電池端検出部によって検出された前記端部における電圧及び前記端部に流れる電流に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項8に記載の給電システム。 - 前記電池端検出部は、前記端部における電圧を前記蓄電池の電圧として検出し、
前記制御部は、
前記異常系統において、前記電池端検出部によって検出された前記蓄電池の電圧が予め定められた閾値以下である場合に、前記他系統の前記電力供給線と前記異常系統の前記電力供給線との間を前記スイッチ部により導通状態にさせる
ことを特徴とする請求項10に記載の給電システム。 - 前記電池端検出部は、
検出した前記端部における電圧及び前記端部に流れる電流に基づいて前記放電電力を算出し、算出した前記放電電力を前記制御部に出力する
ことを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の給電システム。 - 前記電池端検出部は、前記蓄電池が接続される端部に流れる電流を検出し、
前記制御部は、
前記電池端検出部によって検出された前記蓄電池が接続される端部に流れる電流に基づいて、前記複数の給電系統のうちの全ての前記給電系統における前記蓄電池が、前記負荷部に電力を供給していないことを示す非放電状態であるか否かを判定し、前記全ての前記蓄電池が非放電状態である場合に、導通状態にされている全ての前記電力供給線の間を前記スイッチ部により非導通状態にさせる
ことを特徴とする請求項9から請求項12のいずれか一項に記載の給電システム。 - 前記制御部は、
前記複数の給電系統がそれぞれ有する前記整流装置のうちの全ての前記整流装置が、対応する前記負荷部に必要な直流電力を供給できている正常状態になった場合に、導通状態にされている全ての前記電力供給線の間を前記スイッチ部により非導通状態にさせる
ことを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の給電システム。 - 複数の給電系統であって、それぞれの給電系統が、交流電力を直流電力に変換し、変換した前記直流電力を対応する負荷部に対応する電力供給線を介して供給する整流装置と、前記整流装置が供給する前記直流電力が不足した場合に前記電力供給線を介して前記負荷部に電力を供給する蓄電池とを有する複数の給電系統と、前記複数の給電系統における前記電力供給線のそれぞれの間を選択的に導通状態にするスイッチ部と、を備える給電システムの制御方法であって、
前記整流装置の動作状態に基づいて、前記複数の給電系統がそれぞれ有する前記整流装置のうちの、少なくとも1つの前記整流装置が、当該整流装置に対応する前記負荷部に必要な直流電力を供給できない異常状態になったか否かを判定し、少なくとも1つの前記整流装置が、前記異常状態になった場合に、前記異常状態になった前記給電系統である異常系統の前記電力供給線と、前記複数の給電系統のうちの前記異常系統とは異なる前記給電系統である他系統の前記電力供給線との間を前記スイッチ部により導通状態にさせる手順を、
を含み、
前記整流装置の動作状態には、前記整流装置が出力可能な電力を示す出力可能電力の情報が含まれ、
前記手順では、
前記出力可能電力と、対応する前記負荷部が消費する負荷電力とに基づいて、少なくとも1つの前記整流装置が前記異常状態になったか否かを判定し、
少なくとも1つの前記整流装置が前記異常状態になった場合に、前記他系統における前記出力可能電力及び対応する前記負荷電力に基づいて算出した前記他系統における余剰電力と、前記異常系統における不足電力とに基づいて、前記他系統の前記電力供給線と前記異常系統の前記電力供給線との間を前記スイッチ部により導通状態にさせる
ことを特徴とする制御方法。
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