JP5800427B2 - 電力供給装置及び電力供給切替方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力供給装置及び電力供給切替方法に関するものである。

発電所等で用いられる機器（電磁弁やモータ等）を負荷とし、負荷に電力を供給する電力供給装置（例えば負荷に流す電流を所定値とする電流出力回路）は、その信頼性を高めるために、健全性診断が行われている。

健全性診断の方法として例えば特許文献１には、矩形パルスを含む交流の発生手段をトランスの１次側に、２次側に計測、駆動、制御のいずれかを行う被駆動体を直接、あるいは整流回路を介して接続し、トランスを介して送られる電力により２次側に接続された被駆動体の動作によって消費されることで生じる１次側電流の変化を測定し、該測定結果で前記被駆動体の動作と信号状態の診断を行う方法が記載されている。

そして、電力供給装置の電力供給手段を多重化（例えば二重化）し、負荷へ電力を供給している電力供給手段に異常が検出された場合には、負荷へ電力を供給する電力供給手段を他の電力供給手段へ切り替えることが行われている。

特開２００９−１６８５２９号公報

しかしながら、電力供給装置は、負荷へ電力を供給している電力供給手段に異常が発生し、負荷へ電力を供給する電力供給手段を他の電力供給手段へ切り替える場合、他の電力供給手段の出力をより短時間で負荷が必要とする値にさせなければならない。
特に、電源からの電力をパルス電圧とし、負荷へ供給するパルス発生部を備える電力供給手段では、電力供給手段の切り替えが行われた場合、パルス電圧を短時間で、負荷に応じたパルス電圧にしなければならない。しかし、切替先の電力供給手段は、負荷に関する情報を有していないため、短時間で負荷に応じたパルス電圧を出力することが困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、負荷へ電力を供給する電力供給手段を切り替えても、切替先の電力供給手段から出力される電力をより短時間で負荷が必要とする電力にできる、電力供給装置及び電力供給切替方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電力供給装置及び電力供給切替方法は以下の手段を採用する。

すなわち、本発明の第一態様に係る電力供給装置は、同一の負荷に対して電力を供給可能な複数の電力供給手段を備え、一の前記電力供給手段によって前記負荷へ電力を供給し、前記負荷へ電力を供給している前記電力供給手段に異常が発生した場合に、前記負荷へ電力を供給する前記電力供給手段を他の前記電力供給手段へ切り替える電力供給装置であって、前記電力供給手段は、出力するべき電圧及び電流に対応したパルス幅のパルス電圧を発生させるパルス発生手段と、前記パルス発生手段を駆動させるために必要な情報である駆動情報を他の前記電力供給手段との間で送受信する送受信手段と、を具備し、前記負荷へ電力を供給している前記電力供給手段に異常が発生し、前記負荷へ電力を供給する前記電力供給手段を他の前記電力供給手段へ切り替える場合、他の前記電力供給手段は、前記負荷へ電力を供給していた前記電力供給手段から前記送受信手段を介して受信した前記駆動情報を用いて前記パルス発生手段を駆動させる。

本構成によれば、電力供給装置は、同一の負荷に対して電力を供給可能な複数の電力供給手段を備え、一の電力供給手段によって負荷へ電力を供給し、負荷へ電力を供給している電力供給手段に異常が発生した場合に、負荷へ電力を供給する電力供給手段を他の電力供給手段へ切り替える。これにより、負荷への電力の供給が滞ることが防止される。
電力供給手段は、出力するべき電圧及び電流に対応したパルス幅のパルス電圧を発生させるパルス発生手段を備える。

ここで、電力供給装置は、負荷へ電力を供給している電力供給手段を他の電力供給手段へ切り替える場合、他の電力供給手段から出力される電力をより短時間で負荷が必要とする電力にするために、他の電力供給手段が出力するパルス電圧を短時間で負荷に応じたパルス電圧としなければならない。

そこで、電力供給装置は、送受信手段によって、パルス発生手段を駆動させるために必要な情報である駆動情報を他の電力供給手段との間で送受信する。すなわち、負荷へ電力を供給している電力供給手段は、駆動情報を他の電力供給手段へ送信し、負荷へ電力を供給していない電力供給手段は、駆動情報を受信することとなる。そして、負荷へ電力を供給している電力供給手段に異常が発生し、負荷へ電力を供給する電力供給手段が他の電力供給手段へ切り替えられる場合に、他の電力供給手段は、送受信手段を介して受信した駆動情報を用いてパルス発生手段を駆動させる。

このように、本構成は、切り替えられた他の電力供給手段が駆動情報を用いてパルス発生手段を駆動させるので、それまで負荷へ電力を供給する電力供給手段と同様に、他の電力供給手段が備えるパルス発生手段を駆動させることができる。このため、本構成は、負荷へ電力を供給する電力供給手段を切り替えても、切替先の電力供給手段から出力される電力をより短時間で負荷が必要とする電力にできる。

また、上記第一態様では、前記駆動情報を、前記パルス発生手段の設定値、前記パルス発生手段が出力する電圧の大きさ、又は前記負荷の抵抗値とすることが好ましい。

本構成によれば、簡易に、切替先の電力供給手段から出力される電力をより短時間で負荷が必要とする電力にできる。

また、上記第一態様では、前記駆動情報が、一の前記電力供給手段が前記負荷へ電力を供給している間、他の電力供給手段へ前記送受信手段を介して所定周期で送信されることが好ましい。

本構成によれば、負荷へ電力を供給している電力供給手段から他の電力供給手段へ駆動情報が常に送信されているので、負荷へ電力を供給している電力供給手段に異常が発生しても、電力を供給する前記電力供給手段を他の前記電力供給手段へ切り替えを、より確実に行うことができる。

また、上記第一態様では、前記パルス発生手段が、前記負荷に流れる電流が所定値となるように、出力するパルス電圧がフィードバック制御されることが好ましい。

本構成によれば、より精度高く負荷に流れる電流を所定値とすることができる。

また、本発明の第二態様に係る電力供給切替方法は、出力するべき電圧及び電流に対応したパルス幅のパルス電圧を発生させるパルス発生手段を具備した電力供給手段を複数備えた電力供給装置を用いて、同一の負荷へ電力を供給する前記電力供給手段を切り替える電力供給切替方法であって、前記負荷へ電力を供給する前記電力供給手段が、前記パルス発生手段を駆動させるために必要な情報である駆動情報を、前記負荷へ電力を供給していない他の前記電力供給手段へ送信する第１工程と、前記負荷へ電力を供給している前記電力供給手段に異常が発生し、前記負荷へ電力を供給する前記電力供給手段を他の前記電力供給手段へ切り替える場合、他の前記電力供給手段が、前記負荷へ電力を供給していた前記電力供給手段から送信された前記駆動情報を用いて前記パルス発生手段を駆動させる第２工程と、を含む。

本発明によれば、負荷へ電力を供給する電力供給手段を切り替えても、切替先の電力供給手段から出力される電力をより短時間で負荷が必要とする電力にできる、という優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係る電力供給装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る電力供給切替処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るＰＷＭ設定値と出力電圧値又は負荷抵抗値との関係を示すグラフである。

以下に、本発明に係る電力供給装置及び電力供給切替方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る電力供給装置１０の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る電力供給装置１０は、一例として発電所に設けられ、発電所で用いる機器（電磁弁やモータ等）を負荷１２としている。そして、電力供給装置１０は、負荷１２に対して電力を供給可能な電力供給手段として、負荷１２へ所定値の電流を流す定電流出力回路１４Ａ，１４Ｂを備える。以下の説明において、各定電流出力回路１４Ａ，１４Ｂを区別する場合は、符号の末尾にＡ〜Ｂの何れかを付し、各定電流出力回路１４Ａ，１４Ｂを区別しない場合は、末尾のＡ〜Ｂを省略する。

電力供給装置１０は、一の定電流出力回路１４によって負荷１２へ電力を供給し、負荷１２へ電力を供給している定電流出力回路１４に異常が発生した場合に、負荷１２へ電力を供給する定電流出力回路１４を他の定電流出力回路１４へ切り替える。すなわち、電力供給装置１０は、定電流出力回路１４を二重化しており、一方の定電流出力回路１４で負荷１２へ電力供給させ、他方の定電流出力回路１４を予備機として待機させている。なお、予備機とされている定電流出力回路１４は、何時でも負荷１２へ電力を供給できるように電源が投入され、電力を供給していない状態（以下、「待機状態」という。）とされている。このように、定電流出力回路１４を多重化（本実施形態では二重化）する構成により、負荷１２への電力の供給が滞ることが防止される。

定電流出力回路１４は、パルス発生部２０、絶縁トランス２２、及び整流部２４を備える。

パルス発生部２０は、絶縁トランス２２の一次側に接続されており、電源から電力が供給され、出力するべき電圧及び電流に対応したパルス幅のパルス電圧を発生させる。すなわち、定電流出力回路１４は、パルス発生部２０によるパルス幅変調（ＰＷＭ：pulse width modulation）により、負荷１２へ流す電流を定電流とする。パルス発生部２０が発生するパルス電圧は、矩形波又はサイン波からなる交流である。なお、上述した定電流出力回路１４が、負荷１２へ電力を供給していない待機状態とは、すくなくとも、パルス発生部２０を駆動させていない状態である。

整流部２４は、絶縁トランス２２の二次側に接続されており、絶縁トランス２２から出力された電圧をダイオード及びコンデンサによって整流し、負荷１２へ印加する。

また、定電流出力回路１４は、ＡＤ変換器２６Ａ，２６Ｂ、２次側電流推定部２８、及びＰＩフィードバック制御部３０を備える。

ＡＤ変換器２６Ａは、パルス発生部２０から出力された電圧値をデジタル値（電圧値）へアナログ／デジタル変換（以下、「ＡＤ変換」という。）し、２次側電流推定部２８へ出力する。

ＡＤ変換器２６Ｂは、１次側の電流値をデジタル値（電圧値）へＡＤ変換し、２次側電流推定部２８へ出力する。

２次側電流推定部２８は、ＡＤ変換器２６Ａから入力された電圧値とＡＤ変換器２６Ｂから入力された電圧値とに基づいて、二次側、すなわち負荷１２に流れる電流（以下、「負荷電流」という。）の値を推定し、推定値をＰＩフィードバック制御部３０へ出力する。

ＰＩフィードバック制御部３０は、負荷１２に流れる電流が所定値（要求電流値）となるように、パルス発生部２０が出力するパルス電圧をフィードバック制御する。具体的には、ＰＩフィードバック制御部３０は、２次側電流推定部２８から入力された推定値と要求電流値とに基づいたＰＩ制御（比例積分制御）によって、パルス発生部２０の設定値（以下、「ＰＷＭ設定値」という。）であるパルス電圧のパルス幅を決定し、該パルス幅をパルス発生部２０へ出力する。このため、パルス発生部２０は、ＰＩフィードバック制御部３０から入力されたパルス幅でパルス電圧を出力することとなる。これにより、より精度高く負荷電流を所定値とすることができるようになる。

また、定電流出力回路１４は、定電流出力回路１４に異常が発生したか否かを検出する異常検出部３２を備える。定電流出力回路１４の異常とは、例えば、予め定められた範囲外の電流が負荷１２へ継続して流されている場合等である。異常検出部３２によって、定電流出力回路１４に異常の発生が検出されると、負荷１２に電力を供給している定電流出力回路１４は、負荷１２への電力の供給を停止する。また、異常の検出に伴い、異常検出部３２は、異常検出信号を出力する。異常検出信号は、通信部３４を介して、待機状態とされている他の定電流出力回路１４へ送信される。

さらに、負荷１２へ電力を供給している定電流出力回路１４は、パルス発生部２０を駆動させるために必要な情報である駆動情報を、通信部３４を介して待機状態とされている他の定電流出力回路１４へ送信する。
なお、本実施形態に係る駆動情報は、負荷１２へ電力を供給している定電流出力回路１４が備えるパルス発生部２０を、フィードバック制御により駆動させているため、変動している値である。本実施形態では、駆動情報をＰＷＭ設定値とする。

通信部３４を介して受信された駆動情報は、記憶部３６に記憶される。

そして、待機状態にある他の定電流出力回路１４が異常検出信号を受信すると、受信した定電流出力回路１４がパルス発生部２０の駆動を開始する。これにより、負荷１２への電力の供給元が、待機状態にある他の定電流出力回路１４に切り替えられる。

上記のように、本実施形態に係る定電流出力回路１４は、フィードバック制御により負荷電流を所定値としている。このため、電力供給装置１０は、負荷１２へ電力を供給する定電流出力回路１４を待機状態にある他の定電流出力回路１４へ切り替える場合、切替先の定電流出力回路１４から出力される電力をより短時間で負荷１２が必要とする電力にするために、切替先の定電流出力回路１４が出力するパルス電圧を短時間で負荷１２に応じたパルス電圧としなければならない。

そこで、本実施形態に係る電力供給装置１０は、負荷１２へ電力を供給している定電流出力回路１４に異常が発生し、負荷１２へ電力を供給する定電流出力回路１４が他の定電流出力回路１４へ切り替えられる場合に、切替先である他の定電流出力回路１４は、通信部３４を介して受信した駆動情報を用いてパルス発生部２０を駆動させる。

次に、図２に示される本実施形態に係る電力供給切替処理の流れを示すフローチャートを用いて、本実施形態に係る電力供給装置１０の作用を具体的に説明する。なお、図２に示されるフローチャートは、定電流出力回路１４Ａが負荷１２へ電力を供給し、定電流出力回路１４Ｂを待機状態とした場合における、定電流出力回路１４Ｂの動作を示したフローチャートである。

ステップ１００では、負荷１２へ電力を供給している定電流出力回路１４Ａから送信される駆動情報が、通信部３４を介して受信される。そして、受信された駆動情報は、記憶部３６に逐次更新して記憶される。すなわち、駆動情報は、定電流出力回路１４Ａが負荷１２へ電力を供給している間、定電流出力回路１４Ｂへ通信部３４を介して所定周期で送信される。なお、所定周期は、例えば、パルス発生部２０がパルス電圧を出力する周期と同じとする。

次のステップ１０２では、定電流出力回路１４Ａから通信部３４を介して異常検出信号を受信したか否かが判定され、受信した場合にステップ１０４へ移行し、受信していない場合には、ステップ１００における駆動情報の受信及び記憶を繰り返す。なお、異常検出信号の受信判定は、例えば通信部３４に設けられた演算装置で行われ、異常検出信号を受信したことを示す判定結果は、通信部３４からＡＤ変換器２６Ａ，２６Ｂ、２次側電流推定部２８、及びＰＩフィードバック制御部３０へ出力される。定電流出力回路１４Ａが備える異常検出部３２が異常を検出すると、定電流出力回路１４Ａから負荷１２への電力の供給は停止される。

ステップ１０４では、定電流出力回路１４Ｂの記憶部３６から最新の駆動情報が読みだされ、パルス発生部２０へ出力される。

次のステップ１０６では、パルス発生部２０が駆動情報により示されるＰＷＭ設定値を用いて、パルス電圧の出力を開始すると共に、パルス発生部２０がフィードバック制御される。なお、ＡＤ変換器２６Ａ，２６Ｂ、２次側電流推定部２８、及びＰＩフィードバック制御部３０は、ステップ１０２で通信部３４から出力された判定結果をトリガとして、フィードバック制御に必要な各処理を開始する。これにより、定電流出力回路１４Ｂから負荷１２への電力の供給が開始されることとなる。

以上説明したように、本実施形態に係る電力供給装置１０は、負荷１２に対して電力を供給可能な複数の定電流出力回路１４を備え、一の定電流出力回路１４によって負荷１２へ電力を供給し、負荷１２へ電力を供給している定電流出力回路１４に異常が発生した場合に、負荷１２へ電力を供給する定電流出力回路１４を他の定電流出力回路１４へ切り替える。定電流出力回路１４は、出力するべき電圧及び電流に対応したパルス幅のパルス電圧を発生させるパルス発生部２０と、パルス発生部２０を駆動させるために必要な情報である駆動情報を他の定電流出力回路１４との間で送受信する通信部３４と、を具備する。そして、負荷１２へ電力を供給している定電流出力回路１４に異常が発生し、負荷１２へ電力を供給する定電流出力回路１４が他の定電流出力回路１４へ切り替えられる場合に、他の定電流出力回路１４は、通信部３４を介して受信した駆動情報を用いてパルス発生部２０を駆動させる。

このように、本実施形態に係る電力供給装置１０は、切り替えられた定電流出力回路１４が駆動情報を用いてパルス発生部２０を駆動させるので、それまで負荷１２へ電力を供給する定電流出力回路１４と同様に、切替先の定電流出力回路１４が備えるパルス発生部２０を駆動させることができる。このため、本実施形態に係る電力供給装置１０は、負荷１２へ電力を供給する定電流出力回路１４を切り替えても、切替先の定電流出力回路１４から出力される電力をより短時間で負荷１２が必要とする電力にできる。

以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、駆動情報としてＰＷＭ設定値を用いる形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、駆動情報として、パルス発生部２０が出力する電圧の大きさ（以下、「出力電圧値」という。）、又は負荷１２の抵抗値（以下、「負荷抵抗値」という。）とする形態としてもよい。負荷抵抗値は、２次側電流推定部２８によって推定される負荷電流に基づいて算出される。

図３は、ＰＷＭ設定値と出力電圧値又は負荷抵抗値との関係を示すグラフである。
図３に示されるように負荷１２へ流す要求電流値に応じて、出力電圧値又は負荷抵抗値からＰＷＭ設定値が求められる。このため、図３に示されるような定電流出力回路１４は、テーブルデータを予め記憶し、駆動情報として入力される出力電圧値又は負荷抵抗値に基づいて、ＰＷＭ設定値を算出する演算部を備える。そして、定電流出力回路１４が切り替えられた場合に、演算部によって算出したＰＷＭ設定値を用いてパルス発生部２０を駆動させる。

また、上記実施形態では、電力供給装置１０が定電流出力回路１４を２つ備える形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、定電流出力回路１４を３つ以上備える形態としてもよい。この形態の場合、一の定電流出力回路１４が負荷１２へ電力を供給し、複数の他の定電流出力回路１４が待機状態とされる。そして、負荷１２へ電力を供給している一の定電流出力回路１４に異常が発生した場合、負荷１２へ電力を供給する定電流出力回路１４は、待機状態とされる複数の他の定電流出力回路１４のうち一の定電流出力回路１４に切り替えられる。

また、上記実施形態では、異常検出部３２が異常を検出した場合に異常検出信号を出力する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、異常検出部３２が異常を検出していない場合に異常でないことを示す正常信号を出力し、異常を検出した場合に該正常信号の出力を停止する形態としてもよい。この形態の場合、待機状態とされている定電流出力回路１４が、負荷１２へ電力を供給している定電流出力回路１４からの正常信号を受信しなくなった場合に、負荷１２へ電力を供給する定電流出力回路１４が待機状態とされている定電流出力回路１４に切り替えられることとなる。

また、上記実施形態では、定電流出力回路１４が負荷１２へ電力を供給している間、駆動情報が待機状態とされている定電流出力回路１４へ所定周期で送信される形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、駆動情報が所定周期で待機状態とされている定電流出力回路１４へ送信されることなく、異常検出部３２によって異常が検出された場合に、異常検出信号と共に駆動情報が待機状態とされている定電流出力回路１４へ送信される形態としてもよい。

また、上記実施形態では、負荷電流が所定値となるように、パルス発生部２０がフィードバック制御される形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、パルス発生部２０がフィードバック制御されない形態又はフィードバック制御と共に他の制御が行われる形態としてもよい。

また、上記実施形態では、一次側に流れる電流に基づいて、負荷１２に流れる電流を推算し、該推算結果に基づいてパルス発生部２０をフィードバック制御する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、負荷１２に流れる電流を直接検出し、該検出結果に基づいてパルス発生部２０をフィードバック制御する形態としてもよい。

１０ 電力供給装置
１２ 負荷
１４Ａ，１４Ｂ 定電流出力回路
２０ パルス発生部
３４ 通信部

Claims (5)

1. 同一の負荷に対して電力を供給可能な複数の電力供給手段を備え、一の前記電力供給手段によって前記負荷へ電力を供給し、前記負荷へ電力を供給している前記電力供給手段に異常が発生した場合に、前記負荷へ電力を供給する前記電力供給手段を他の前記電力供給手段へ切り替える電力供給装置であって、
   前記電力供給手段は、
   出力するべき電圧及び電流に対応したパルス幅のパルス電圧を発生させるパルス発生手段と、
   前記パルス発生手段を駆動させるために必要な情報である駆動情報を他の前記電力供給手段との間で送受信する送受信手段と、
   を具備し、
   前記負荷へ電力を供給している前記電力供給手段に異常が発生し、前記負荷へ電力を供給する前記電力供給手段を他の前記電力供給手段へ切り替える場合、他の前記電力供給手段は、前記負荷へ電力を供給していた前記電力供給手段から前記送受信手段を介して受信した前記駆動情報を用いて前記パルス発生手段を駆動させる電力供給装置。
2. 前記駆動情報は、前記パルス発生手段の設定値、前記パルス発生手段が出力する電圧の大きさ、又は前記負荷の抵抗値である請求項１記載の電力供給装置。
3. 前記駆動情報は、一の前記電力供給手段が前記負荷へ電力を供給している間、他の電力供給手段へ前記送受信手段を介して所定周期で送信される請求項１又は請求項２記載の電力供給装置。
4. 前記パルス発生手段は、前記負荷に流れる電流が所定値となるように、出力するパルス電圧がフィードバック制御される請求項１から請求項３の何れか１項記載の電力供給装置。
5. 出力するべき電圧及び電流に対応したパルス幅のパルス電圧を発生させるパルス発生手段を具備した電力供給手段を複数備えた電力供給装置を用いて、同一の負荷へ電力を供給する前記電力供給手段を切り替える電力供給切替方法であって、
   前記負荷へ電力を供給する前記電力供給手段が、前記パルス発生手段を駆動させるために必要な情報である駆動情報を、前記負荷へ電力を供給していない他の前記電力供給手段へ送信する第１工程と、
   前記負荷へ電力を供給している前記電力供給手段に異常が発生し、前記負荷へ電力を供給する前記電力供給手段を他の前記電力供給手段へ切り替える場合、他の前記電力供給手段が、前記負荷へ電力を供給していた前記電力供給手段から送信された前記駆動情報を用いて前記パルス発生手段を駆動させる第２工程と、
   を含む電力供給切替方法。

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