JP6502758B2 - 直流安定化電源システム - Google Patents

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Description

本発明は、電圧の安定化を図ることが可能な直流安定化電源システムに関する。
航空機には、動力系統として、一般に、油圧系統、抽気系統、および電気系統の３種類が搭載されており、油圧系統は脚部、舵面等の動作に用いられ、抽気系統は内部の空調、与圧、防除氷装置等の動作に用いられ、電気系統は様々な電気機器または電子機器の動作に用いられている。近年では、油圧系統および抽気系統は、少なくとも一部が効率性の高い電気系統に置き換えられる傾向にある。例えば、航空機が備える各種アクチュエータ（舵面制御用アクチュエータを含む）については、従来の油圧駆動式に代えて電動式のものが広く採用されつつある。このように油圧系統、抽気系統等をできる限り電気系統に置き換えた航空機は、一般にＭＥＡ（More Electric Aircraft）と呼ばれる。
ところで、航空機のＭＥＡ化が進むと、電気系統の電圧または周波数の変動量が増加し、安定性が損なわれることが知られている。例えば、電動式のアクチュエータでは、駆動モータから大きな回生電力（電力戻り）が発生することにより、電気系統の電圧が一時的に大幅に上昇することがあるほか、エンジンに設けられる発電機への電力戻りが発生することにより、エンジンギアボックスへのバックラッシュによる悪影響が懸念される。あるいは、電気系統から給電される電力負荷（電気系統から給電される搭載機器）が一時的に増加すると大幅な電圧降下が発生することになる。
そこで、ＭＥＡ化の進んだ電気系統においては、前述した電圧上昇または電圧降下に対処するために様々な構成を採用することが知られている。例えば、特許文献１には、電気系統に双方向性の蓄電器（bidirectional electrical accumulator）を設け、この蓄電器によってアクチュエータからの電力戻り（余剰電力：excess electrical power）を吸収する構成が開示されている。また、特許文献２には、アクチュエータからの電力戻りを電力シンク（power sink）に放出して吸収する構成が開示されている。電力シンクとしては、複数の補助負荷（ancillary loads）や発電機が例示されている。
米国公開特許２００９／０３０２１５３号明細書 米国公開特許２００９／０２９５３１４号明細書
しかしながら、特許文献１に開示される構成では、想定される電力戻りあるいは一時的な電力増加の大きさに基づいて蓄電器の容量も設定する必要がある。同様に、特許文献２に開示される構成でも、吸収しようとする電力戻りあるいは一時的な電力増加の大きさに基づいて発電機の最大負荷を設定する必要がある。そのため、蓄電器または発電機等の電源装置が大型化するだけでなく、電源装置に接続されるコンバータ（昇圧コンバータまたはＰＷＭコンバータ等）も大型化する。
特に、低温環境下では蓄電器の充電特性が低下するので、蓄電器の容量を設定する際には、電力量に加えて低温環境での使用も考慮に入れる必要が生じる。あるいは、航空機のエンジンがアイドル状態にあれば、発電機は電力変動を十分に吸収できない。このような場合には、電源装置はさらに大型化するおそれがある。
このように、従来の構成では、電力変動を良好に吸収するためには、電力変動の大きさに合わせて、蓄電器（蓄電装置）または発電機等の電源装置を大型化する必要があり、また、電源装置を制御するコンバータも電力変動の大きさに合わせて大型化する必要があった。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、交流発電機の電力を変換して生成した直流電力を供給する直流電源バスにおいて、電力変動を良好に吸収し、電源品質を適切に維持することができる、直流安定化電源システムを提供することを目的とする。
本発明に係る直流安定化電源システムは、前記の課題を解決するために、直流バスおよびこれに接続される電気機器を含む電気系統と、当該電気系統に電力を供給する交流電源および直流電源と、前記直流電源および前記直流バスに接続され、当該直流電源の充放電量を制御する充放電制御部と、当該充放電制御部、前記交流電源および前記直流バスに接続され、交流電力および直流電力を双方向に変換する電力変換部と、を備え、前記電気系統に対して直流電力を供給するとともに前記電気機器から生じた回生電力を吸収する電力供給安定化動作を実施する直流電源部として、少なくとも前記交流電源および前記電力変換部により構成される第一直流電源部と、少なくとも前記直流電源および前記充放電制御部により構成される第二直流電源部と、を有し、前記電力変換部は、さらに、前記直流バスの電圧目標値を変更することにより、前記第一直流電源部および前記第二直流電源部それぞれによる前記電力供給安定化動作の分担量の調整を制御する構成である。
前記構成によれば、直流の電気系統には、第一直流電源部および第二直流電源部の二つの直流電源部が含まれており、第一直流電源部は交流電源（例えば発電機）および電力変換部（例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コンバータ）を備え、第二直流電源部は、直流電源（例えばバッテリ）および充放電制御部（例えば昇圧コンバータ）を備えている。これら直流電源部は、それぞれ電力供給安定化動作を実施する。また、第一直流電源部を構成する電力変換部が、直流バスの電圧変化に基づいて、二つの直流電源部によるそれぞれの電力供給安定化動作の分担量を調整している。
これにより、電気系統には、交流電源を含む第一直流電源部により電力変動に対応する経路と、直流電源を含む第二直流電源部により電力変動に対応する経路という二つの経路が含まれるとともに、状況に応じて、電力供給または電力変動の吸収（電力供給安定化動作）を、第一直流電源部および第二直流電源部のそれぞれで良好に分担することができる。そのため、電源装置もしくは電源装置に接続されるコンバータを大型化しなくても、電力変動を良好に吸収することが可能となる。
その結果、電源装置またはコンバータの大型化を回避できるので、航空機の重量増加を抑制できるとともに、電動アクチュエータのような電力戻りの可能性がある電気機器が採用しやすくなる。さらには、状況に応じて電力変動に対応する経路を切り替えることができるので、電気エネルギーの利用を効率化することも可能となる。
前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記電力変換部は、比例積分制御により前記直流バスの電圧を制御することで、前記電力供給安定化動作の分担量の調整を制御するとともに、前記充放電制御部は、比例制御により前記充放電量を制御する構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記電力変換部および前記充放電制御部では、それぞれの制御が実施される前記電圧変化の範囲が互いに異なるように予め設定され、前記電力変換部は、比例積分制御により前記電力供給安定化動作の分担量の調整を制御するとともに、前記充放電制御部は、比例積分制御により前記充放電量を制御する構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記電力変換部は、前記交流電源に接続される電力変換回路と、前記交流電源の交流電圧を検出する交流電圧検出部と、前記交流電源の交流電流を検出する交流電流検出部と、前記電気系統の直流電圧を検出する直流電圧検出部と、検出された前記交流電圧、前記交流電流、および前記直流電圧に基づいて、前記電力変換回路を駆動させる電力変換制御部と、を備え、当該電力変換制御部は、検出された前記交流電圧および前記交流電流に基づいて、前記交流電源の有効電力を算出し、当該有効電力および前記交流電源の稼働情報に基づいて、直流電圧指令値を演算し、当該直流電圧指令値および検出された前記直流電圧に基づいて、比例積分制御により前記交流電流指令値を演算し、当該交流電流指令値を用いて、前記電力変換回路を制御するよう構成されてもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記電力変換制御部は、検出された前記交流電圧に基づいて、前記交流電源の位相を演算し、前記交流電流指令値と、検出された前記交流電流および前記位相とを用いて、前記電力変換回路を制御するよう構成されてもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記充放電制御部は、前記直流電源に接続される電圧調整回路と、前記直流電源の充電状態およびセル温度を監視する直流電源監視部と、前記電気系統の直流電圧を検出する直流電圧検出部と、前記電気系統の直流電流を検出する直流電流検出部と、前記直流電源の前記充電状態、検出された前記直流電圧および前記直流電流に基づいて、前記電圧調整回路を駆動させる直流電圧制御部と、を備え、当該直流電圧制御部は、前記直流電源の前記充電状態に基づいて、充電状態補正電圧を算出し、当該充電状態補正電圧および検出された前記直流電圧に基づいて、比例制御により直流電流指令値を演算し、当該直流電流指令値および検出された前記直流電流を用いて、前記電圧調整回路を制御するよう構成されてもよい。
なお、例えば、直流電源がバッテリであれば、直流電源監視部としては、バッテリの充填状態およびバッテリのセル温度を監視する、バッテリ状態監視部を挙げることができる。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記直流電圧制御部は、前記充電状態補正電圧および検出された前記直流電圧に基づいて、比例制御に並行して微分制御を行うことにより、前記電流指令値を演算する構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記電気系統の直流電圧の基準値が予め設定されており、前記電力変換部は、前記基準値を上昇または下降させ、前記充放電制御部は、前記基準値の上昇または下降に合わせて、直流電圧を下降または上昇させるように前記直流電源の充放電量を制御する構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記交流電源の電力変動の限界値が予め設定されており、当該限界値を超えた電力変動が発生したときには、前記電力変換部は、直流電圧を急速に変化させ、前記充放電制御部は、前記電力変換部による直流電圧の変化量に対応する電力を供給するように、前記直流電源の充放電量を制御する構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記電力変換部は、前記交流電源の有効電力をモニターするよう構成され、前記電気系統の直流電圧の基準値と有効電力の閾値とが予め設定され、さらに、前記電力変換部は、モニターしている有効電力が前記閾値を下回った時点で、有効電力が０に達するまでの第一期間において直流電圧を高速に上昇させ、有効電力が０に達した後の第二期間では、前記基準値に達するまで直流電圧を前記第一期間よりも低速で上昇させ、前記充放電制御部は、直流電圧の変化量に対応する直流電力を前記直流電源に充電させるように、充放電量を制御する構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記交流電源は、エンジンに設けられ、当該エンジンの回転に伴って駆動する発電機である構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記直流電源は、蓄電池および電気二重層キャパシタの少なくとも一方である構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記電気機器には、電動アクチュエータが含まれている構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、航空機の電気系統に用いられる構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記航空機は補助動力装置（ＡＰＵ）を備え、前記第二直流電源部はＡＰＵ始動用電源を兼ねている構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記交流電源には、前記航空機が備えるエンジンに設けられ、当該エンジンの回転に伴って駆動するエンジン発電機と、前記ＡＰＵが備えるＡＰＵ発電機と、が含まれ、前記エンジン発電機または前記ＡＰＵ発電機から前記直流バスに電力が供給されないときには、前記第二直流電源部は、前記直流バスに電力を供給する構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、前記第一直流電源部は、前記交流電源として前記エンジン発電機を備えているとともに、前記エンジンの始動時には、前記ＡＰＵ発電機から供給される電力によりエンジン始動用のモータコントローラおよびモータとして動作する構成であってもよい。
また、前記構成の直流安定化電源システムにおいては、さらに、前記ＡＰＵ発電機および前記直流バスに接続され、交流電力および直流電力を双方向に変換するＡＰＵ電力変換部を備え、少なくとも前記ＡＰＵ発電機および前記ＡＰＵ電力変換部により第三直流電源部が構成され、前記ＡＰＵ電力変換部は、さらに、前記直流バスの電圧変化に基づいて、前記第三直流電源部および前記第二直流電源部それぞれによる前記電力供給安定化動作の分担量の調整を制御する構成であってもよい。
本発明では、以上の構成により、交流発電機の電力を変換して生成した直流電力を供給する直流電源バスにおいて、電力変動を良好に吸収し、電源品質を適切に維持することができる、直流安定化電源システムを提供することができる、という効果を奏する。
本発明の実施の形態１に係る直流安定化電源システムの構成例を示すブロック図である。 図１に示す直流安定化電源システムが備える第一直流電源部のＰＷＭコンバータ（電力変換部）の構成例を示すブロック図である。 （Ａ）は、図２に示すＰＷＭコンバータが備える直流電圧指令演算部の構成例を示す概略ブロック図であり、（Ｂ）は、図２に示すＰＷＭコンバータが備える電流指令演算部の構成例を示す概略ブロック図である。 図１に示す直流安定化電源システムが備える第二直流電源部の昇圧コンバータ（充放電制御部）の構成例を示すブロック図である。 （Ａ）は、図４に示す昇圧コンバータが備えるＳＯＣ補正電圧演算部の構成例を示す概略ブロック図であり、（Ｂ）は、図４に示す昇圧コンバータが備える電流指令演算部の構成例を示す概略ブロック図である。 図５（Ｂ）に示す電流指令演算部の変形例を示す概略ブロック図である。 図１に示す直流安定化電源システムによる電気系統安定化の制御モードの一例を示すグラフである。 図１に示す直流安定化電源システムによる電気系統安定化の制御モードの他の例を示すグラフである。 図１に示す直流安定化電源システムによる電気系統安定化の制御モードのさらに他の例を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る直流安定化電源システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る直流安定化電源システムの構成例を示すブロック図である。 （Ａ）は、図１１に示す直流安定化電源システムが備えるＰＷＭコンバータ（第一直流電源部の電力変換部）の電流指令演算部の構成例を示す概略ブロック図であり、（Ｂ）は、図１１に示す直流安定化電源システムが備える昇圧コンバータ（第二直流電源部の充放電制御部）の電流指令演算部の構成例を示す概略ブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る直流安定化電源システムの他の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４に係る直流安定化電源システムの構成例を示すブロック図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
［直流安定化電源システムの構成例］
本発明に係る直流安定化電源システムの構成の一例について、図１を参照して具体的に説明する。図１に示す直流安定化電源システム１０Ａは、図示しないが、ＭＥＡ化された航空機の電気系統（直流主体の電気系統）に適用されるものであり、第一直流電源部１２Ａ、第二直流電源部１３Ａ、直流バス（直流電源バス）１４、アクチュエータ１５、および電気機器１６等を備えている。第一直流電源部１２Ａは、発電機４２およびＰＷＭ（Pulse Width Modulation）コンバータ２０を備えており、第二直流電源部１３Ａは、バッテリ４３および昇圧コンバータ３０を備えている。なお、発電機４２およびバッテリ４３はいずれも航空機の電源装置である。
第一直流電源部１２Ａを構成する発電機４２は、例えば、図示しない航空機のエンジンに設けられる交流発電機、および、補助動力装置が備える始動発電機等が挙げられる。図１に示す構成では、発電機４２は、航空機が備えるエンジンに設けられ、当該エンジンの回転に伴って駆動するエンジン発電機である。発電機４２には、後述するように、電力変換部としてのＰＷＭコンバータ２０が接続されている。ＰＷＭコンバータ２０は、交流電力および直流電力を双方向に変換する（図１の双方向ブロック矢印Ｆ１１）ので、アクチュエータ１５（または電気機器１６）からの回生電力を吸収できるように構成されている。
第二直流電源部１３Ａを構成するバッテリ４３としては、公知の蓄電池（二次電池）であればよいが、これに限定されない。例えば、バッテリ４３に代えて公知の電気二重層キャパシタ等を用いてもよい。したがって、第二直流電源部１３Ａは公知の蓄電装置を含む構成であればよい。また、第二直流電源部１３Ａには、蓄電装置として単一のバッテリ４３のみが設けられてもよいが、複数のバッテリ４３が設けられてもよいし、異なる種類の蓄電装置を組み合わせて（例えば、蓄電池および電気二重層キャパシタの組合せ等）構成されてもよい。
本実施の形態では、バッテリ４３には、後述するように、充放電制御部としての昇圧コンバータ３０が接続されている。昇圧コンバータ３０は、直流バス１４または第一直流電源部１２Ａからの直流電力をバッテリ４３に充電するとともに、バッテリ４３からの電力を放電するように構成されている（図１の双方向ブロック矢印Ｆ１２）。それゆえ、バッテリ４３は、後述するように、アクチュエータ１５（または電気機器１６）からの回生電力を吸収し、かつ、アクチュエータ１５および電気機器１６に対して過渡的な必要電力を供給するように構成される。
発電機４２は、交流配線１１１を介してＰＷＭコンバータ２０に接続され、これにより第一直流電源部１２Ａを構成している。バッテリ４３は昇圧コンバータ３０に接続され、これにより第二直流電源部１３Ａを構成している。ＰＷＭコンバータ２０には、交流配線１１１に加えて発電機側直流配線１１２が接続され、昇圧コンバータ３０にはバッテリ側直流配線１１３が接続されている。発電機側直流配線１１２とバッテリ側直流配線１１３とは、直流リンク部１１４により合流するかたちで接続されており、直流リンク部１１４は直流バス１４に接続されている。したがって、直流バス１４は、昇圧コンバータ３０を介して直流電源であるバッテリ４３に接続されているとともに、電力変換部であるＰＷＭコンバータ２０を介して交流電源である発電機４２にも接続されている。
交流配線１１１、発電機側直流配線１１２、バッテリ側直流配線１１３、および直流リンク部１１４の具体的な構成は特に限定されず、航空機の電気系統の分野で公知のハーネス、分岐用コネクタ等を好適に用いることができる。また、バッテリ４３と昇圧コンバータ３０との間も公知の直流配線で接続されていればよい。本実施の形態では、直流バス１４の電圧は、ＤＣ２７０Ｖであるか、または、ＤＣ±１３５ＶもしくはＤＣ±２７０Ｖであればよい。
直流バス１４には、アクチュエータ１５および電気機器１６が接続されている。アクチュエータ１５は、例えば、航空機の舵面制御用アクチュエータ（舵面アクチュエータ）を挙げることができるが、他のアクチュエータであってもよい。また、航空機には複数のアクチュエータ１５が設けられているが、その一部が電気化されてもよいし、全てのアクチュエータ１５が電気化されてもよい。したがって、図１に示すアクチュエータ１５は、電気エネルギーにより動作する電動アクチュエータであるが、航空機の構成によっては、電動アクチュエータ以外の動力系統（油圧系統または抽気系統）で動作するアクチュエータが含まれてもよい。
図１に示す電気機器１６は、電気エネルギーにより動作するアクチュエータ１５以外の機器であり、例えば、各種ヒータ、コンプレッサ、各種モータ等が挙げられる。なお、アクチュエータ１５が電動である限り、アクチュエータ１５そのものも「電気機器」に含まれることになる。したがって、狭義の電気機器１６はアクチュエータ１５を除くが、広義の「電気機器」には、狭義の電気機器１６に加えてアクチュエータ１５も含まれる。
なお、アクチュエータ１５には、直流バス１４から電力が供給されるが、アクチュエータ１５で発生した回生電力は、後述するように直流バス１４を介して二つの直流電源部１２Ａ，１３Ａのいずれかで吸収される（図１の双方向ブロック矢印Ｆ１３）。また、電気機器１６にも直流バス１４から電力が供給される（図１のブロック矢印Ｆ１４）が、電気機器１６の種類によっては回生電力が発生する場合がある。この場合も、アクチュエータ１５と同様に、直流バス１４を介して二つの直流電源部１２Ａ，１３Ａのいずれかで吸収される。
本実施の形態では、直流バス１４、並びに、この直流バス１４に接続される広義の「電気機器」（アクチュエータ１５および狭義の電気機器１６）により、航空機の電気系統が構成される。また、図１に示す発電機４２およびバッテリ４３（いずれも電源装置）は、電気系統に電力を供給する交流電源および直流電源に該当する。また、本実施の形態では、この電気系統、並びに、第一直流電源部１２Ａおよび第二直流電源部１３Ａにより、直流安定化電源システム１０Ａが構成される。なお、本発明に係る電気系統および直流安定化電源システム１０Ａの構成は、図１に示す構成に限定されず、図１に示されない他の構成を含んでもよい。
本実施の形態で、直流安定化電源システム１０Ａの適用対象となる航空機の種類は特に限定されず、公知の航空機を挙げることができる。ここで、本明細書における航空機は、一般的な固定翼機に限定されず、回転翼機であってもよいし、本発明が適用可能であれば、固定翼機および回転翼機のような重航空機でなく、飛行船等の軽航空機であってもよい。なお、固定翼機を大型機または小型機に分類した場合、直流主体の電気系統は、一般に小型機に採用される傾向にあるが、本発明の適用対象は小型機に限定されず、大型機が含まれることは言うまでもない。
ＰＷＭコンバータ２０は、前記の通り、交流電源である発電機４２とともに第一直流電源部１２Ａを構成している。ＰＷＭコンバータ２０は、昇圧コンバータ３０、発電機４２および直流バス１４に接続され、交流電力および直流電力を双方向に変換する電力変換部として機能する（図１の双方向ブロック矢印Ｆ１１）。また、昇圧コンバータ３０は、前記の通り、直流電源であるバッテリ４３とともに第二直流電源部１３Ａを構成している。昇圧コンバータ３０は、バッテリ４３および直流バス１４に接続され、バッテリ４３の充放電量を制御する充放電制御部として機能する（図１の双方向ブロック矢印Ｆ１２）。
なお、本実施の形態では、図１に示すように、第一直流電源部１２ＡはＰＷＭコンバータ２０および発電機４２により構成され、第二直流電源部１３Ａは昇圧コンバータ３０およびバッテリ４３により構成されているが、これら直流電源部１２Ａ，１３Ａの構成はこれに限定されない。つまり、第一直流電源部１２Ａは、ＰＷＭコンバータ２０および発電機４２以外の構成を備えてもよく、第二直流電源部１３Ａは、昇圧コンバータ３０およびバッテリ４３以外の構成を備えてもよい。
また、本実施の形態では、第一直流電源部１２Ａの電力変換部の一例としてＰＷＭコンバータ２０を例示し、第二直流電源部１３Ａの充放電制御部の一例として昇圧コンバータ３０を例示している。しかしながら、電力変換部および充放電制御部の構成はこれらに限定されず、公知の他の構成であってもよい。
本発明にかかる直流安定化電源システム１０Ａにおいては、これら直流電源部１２Ａ，１３Ａは電力供給安定化動作を実施する。電力供給安定化動作は、電気系統に対して直流電力を供給する電力供給動作と、アクチュエータ１５または電気機器１６等から生じた回生電力を吸収する電力吸収動作とから構成される。第一直流電源部１２Ａおよび第二直流電源部１３Ａのいずれも、電力供給安定化動作を実施することができるとともに、電気系統の状況に応じて、電力供給安定動作を分担して実施することができる。
前述したように、ＰＷＭコンバータ２０は、発電機４２からの交流電力を直流電力に変換し、直流バス１４からの直流電力を交流電力に変換する。さらに後述するように、ＰＷＭコンバータ２０は、直流バス１４の電圧変化に基づいて、第一直流電源部１２Ａおよび第二直流電源部１３Ａそれぞれによる電力供給安定化動作の分担量の調整を制御するように構成されている。
［ＰＷＭコンバータの構成例］
次に、発電機４２とともに第一直流電源部１２Ａを構成するＰＷＭコンバータ２０の具体的な構成例について、図２および図３（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。
ＰＷＭコンバータ２０は、前記の通り、交流電源である発電機４２に接続され、交流電力および直流電力を双方向に変換する電力変換部として機能する。図２に示すように、本実施の形態に係るＰＷＭコンバータ２０は、電力変換回路２１、交流電圧検出部２２、交流電流検出部２３、直流電圧検出部２４、電力変換制御部２５等を備えている。
電力変換回路２１は、交流配線１１１を介して発電機４２に接続されるとともに、発電機側直流配線１１２を介して図２には図示しない直流リンク部１１４に接続される（図１参照）。電力変換回路２１は、電力変換制御部２５の制御により、発電機４２からの交流電力を直流電力に変換するとともに、直流バス１４からの直流の回生電力を交流電力に変換する。電力変換回路２１の具体的な構成は特に限定されず、例えば、公知のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いたＰＷＭコンバータ回路等を好適に用いることができる。
交流電圧検出部２２および交流電流検出部２３は、電力変換回路２１から見て発電機４２側の配線、すなわち、交流配線１１１に設けられ、発電機４２の交流電圧および発電機４２の交流電流を検出する。直流電圧検出部２４は、電力変換回路２１から見て直流バス１４側（直流リンク部１１４側）の配線、すなわち、発電機側直流配線１１２に設けられ、電力変換回路２１で変換された直流電力の電圧（直流電圧）を検出する。交流電圧の検出値（交流電圧信号）、交流電流の検出値（交流電流信号）、および直流電圧の検出値（直流電圧信号）は、図２に示すように、いずれも電力変換制御部２５に入力される。交流電圧検出部２２、交流電流検出部２３、直流電圧検出部２４の具体的な構成は特に限定されず、公知の交流電圧計、交流電流計、直流電圧計を好適に用いることができる。
電力変換制御部２５は、交流電圧信号、交流電流信号、および直流電圧信号に基づいて、電力変換回路２１を駆動させる。電力変換制御部２５の具体的な構成は特に限定されないが、本実施の形態では、例えば図２に示すように、電圧・回転速度・位相演算部２５１、電流演算部２５２、有効電力・無効電力演算部２５３、直流電圧指令演算部２５４、電流指令演算部２５５、および電力変換回路制御部２５６を備える構成となっている。
電圧・回転速度・位相演算部２５１は、交流電圧検出部２２による交流電圧信号から、交流電力の電圧Ｖd gen, Ｖq gen（単位：Ｖ）、発電機４２の回転速度ωs gen（単位：rad ／ｓ）、交流電圧の位相φgen（単位：rad）を演算する。電流演算部２５２は、交流電流検出部２３による交流電流信号と、電圧・回転速度・位相演算部２５１による交流電圧の位相φgenとから、交流電力の電流Ｉd gen, Ｉq gen（単位：Ａ）を演算する。有効電力・無効電力演算部２５３は、電圧・回転速度・位相演算部２５１による交流電力の電圧Ｖd gen, Ｖq genと、電流演算部２５２による交流電力の電流Ｉd gen, Ｉq genとから、交流電力の有効電力Ｐgen（単位：ｋＷ）および無効電力Ｑgen（単位：ｋVar）を演算する。したがって、本実施の形態では、ＰＷＭコンバータ２０は、発電機４２の有効電力および無効電力をモニターしていることになる。
直流電圧指令演算部２５４は、有効電力・無効電力演算部２５３による有効電力Ｐgenと、電圧・回転速度・位相演算部２５１による発電機４２の回転速度ωs genと、後述するバッテリ４３のバッテリセル温度BAT temp（昇圧コンバータ３０より出力、図４参照）とから、直流電圧指令値Ｖdc ref gen（単位：Ｖ）を演算する。電流指令演算部２５５は、直流電圧指令演算部２５４による直流電圧指令値Ｖdc ref genと、直流電圧検出部２４による直流電圧信号Ｖdc（単位：Ｖ）とから、電流指令値Ｉd ref gen, Ｉq ref gen（単位：Ａ）を演算する。
電力変換回路制御部２５６は、電圧・回転速度・位相演算部２５１による交流電圧の位相φgen（単位：rad）と、電流演算部２５２による交流電力の電流Ｉd gen, Ｉq genと、電流指令演算部２５５による電流指令値Ｉd ref gen, Ｉq ref genとから、電力変換回路２１の駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成し、電力変換回路２１に入力する。電力変換回路２１は、電力変換回路制御部２５６からの駆動信号に基づいて、交流電力から直流電力への変換、または、直流電力から交流電力への変換を行う。
電圧・回転速度・位相演算部２５１、電流演算部２５２、有効電力・無効電力演算部２５３、直流電圧指令演算部２５４、電流指令演算部２５５、および電力変換回路制御部２５６の具体的な構成は特に限定されず、公知のスイッチング素子、加算器、減算器、比較器等による論理回路として構成されてもよいし、図示しない演算部（例えばＣＰＵ等）が、図示しない記憶部に格納されるプログラムに従って動作することにより実現される機能構成であってもよい。
図３（Ａ）および（Ｂ）に、直流電圧指令演算部２５４および電流指令演算部２５５の具体的な構成の一例を例示する。図３（Ａ）に示す直流電圧指令演算部２５４では、交流電力の有効電力Ｐgenの大きさに応じて直流電圧指令値Ｖdc ref genの大きさが予め設定されている。ここで、発電機４２の回転速度ωs genは、発電機４２の稼働情報ということができ、バッテリ４３のバッテリセル温度BAT tempは、バッテリ４３の稼働情報ということができるので、直流電圧指令演算部２５４は、これら稼働情報に基づいて、有効電力Ｐgenの大きさに対応する直流電圧指令値Ｖdc ref genを調整して、最終的な直流電圧指令値Ｖdc ref genを生成する。
なお、本実施の形態では、発電機４２の稼働情報として回転速度ωs genを用いている。本実施の形態では、発電機４２として、航空機のエンジンに設けられ、当該エンジンの回転に伴って駆動する交流発電機が例示される。そのため、航空機のエンジンが高速で回転している場合に比べて、低速で回転している場合では、その発電量も異なる。発電機４２の回転速度ωs genは、エンジンの回転数が反映される情報であるため、稼働情報として有効に用いることができる。
ただし、交流電源の具体的な稼働情報は回転速度のみに限定されず、交流電源の種類等の諸条件に応じて、回転速度以外の情報を稼働情報として用いることができる。また、直流電源であるバッテリ４３の稼働情報としてバッテリセル温度を用いているが、直流電源の具体的な稼働情報もこれに限定されない。例えば、直流電源が電気二重層キャパシタであれば、キャパシタの温度を直流電源の稼働情報として用いればよい。したがって、直流電源の稼働情報としては直流電源の種類によらずその温度を好適に用いることができる。また、交流電源の稼働情報と同様に、諸条件に応じて直流電現の温度以外の情報を、稼働情報としても用いることもできる。
図３（Ｂ）に示す電流指令演算部２５５は、減算器２０１およびＰＩ制御器２０２により構成されている。減算器２０１は、直流電圧指令演算部２５４により演算された直流電圧指令値Ｖdc ref genから直流電圧信号Ｖdcを減算し、減算値（偏差）をＰＩ制御器２０２に出力する。ＰＩ制御器２０２では、入力された減算値に基づいて、予め設定される比例ゲインＫおよび積分時間Ｔｓを用いて、電流指令値Ｉd ref gen, Ｉq ref genのうち、直軸（ｄ軸）の電流指令値Ｉd ref genが生成される。なお、横軸（ｑ軸）の電流指令値Ｉq ref genとしては、減算値によらず０が出力される。
このように、電流指令演算部２５５は、直流電圧指令値Ｖdc ref genおよび直流電圧信号Ｖdcに基づいて、ＰＩ制御により電流指令値Ｉd ref gen, Ｉq ref genを演算し、電力変換回路制御部２５６は、この電流指令値Ｉd ref gen, Ｉq ref genを用いて駆動信号（ＰＷＭ信号）を生成する。電力変換回路２１は、この駆動信号により駆動され、交流電力および直流電力の変換を行う。これにより、直流バス１４を含む電気系統の直流電圧は、直流電圧指令値Ｖdc ref genとなるように維持される。直流バス１４の電圧は、ＤＣ２７０Ｖ、または、ＤＣ±１３５ＶもしくはＤＣ±２７０Ｖであるため、直流電圧の基準値は、ＤＣ２７０Ｖ、または、ＤＣ±１３５ＶもしくはＤＣ±２７０Ｖとなる。
また、ＰＩ制御において電流指令値Ｉd ref gen, Ｉq ref genの演算に用いられる直流電圧指令値Ｖdc ref genは、前記の通り、発電機４２の稼働情報（例えば回転速度ωs gen）に応じて調整される。そのため、発電機４２の稼働状況に応じて電流指令値Ｉd ref gen, Ｉq ref genも変化し、駆動信号も変化することになる。それゆえ、電力変換回路２１は、ＰＩ制御によって直流電圧の基準値を維持するだけでなく、発電機４２の稼働情報に基づいてＶdc ref genの算出方法を切り替えることもできる。
［昇圧コンバータの構成例］
次に、バッテリ４３とともに第二直流電源部１３Ａを構成する昇圧コンバータ３０の具体的な構成例について、図４および図５（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。
昇圧コンバータ３０は、前記の通り、直流電源であるバッテリ４３に接続され、直流電源の充放電量を制御する充放電制御部として機能する。また、昇圧コンバータ３０は、直流リンク部１１４（図１参照）を介してＰＷＭコンバータ２０および直流バス１４にも接続されている。図４に示すように、本実施の形態に係る昇圧コンバータ３０は、電圧調整回路３１、直流電流検出部３２、直流電圧検出部３３、バッテリ状態監視部３４、直流電圧制御部３５等を備えている。
電圧調整回路３１は、バッテリ４３（図４に示す例では蓄電池で構成される）に接続されるとともに、バッテリ側直流配線１１３を介して図示しない直流リンク部１１４に接続されている。電圧調整回路３１は、直流電圧制御部３５の制御により、バッテリ４３の充放電を制御する。電圧調整回路３１の具体的な構成は特に限定されず、例えば、公知のＩＧＢＴを用いた双方向昇圧チョッパ回路等を好適に用いることができる。
直流電流検出部３２および直流電圧検出部３３は、バッテリ側直流配線１１３に設けられ、電気系統の直流電流および直流電圧をそれぞれ検出する。直流電流の検出値（直流電流信号）および直流電圧の検出値（直流電圧信号）は、図４に示すように、いずれも直流電圧制御部３５に入力される。バッテリ状態監視部３４は、バッテリ４３の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge，充電率）およびバッテリセル温度BAT tempを監視する。ＳＯＣは、バッテリ状態監視部３４から直流電圧制御部３５に出力され、バッテリセル温度BAT tempは、バッテリ状態監視部３４からＰＷＭコンバータ２０の直流電圧指令演算部２５４に出力される（図２および図３（Ａ）参照）。
直流電流検出部３２および直流電圧検出部３３の具体的な構成は特に限定されず、公知の直流電流計および直流電圧計を好適に用いることができる。また、バッテリ状態監視部３４の具体的な構成も特に限定されず、例えば、ＳＯＣを検出可能とする公知のＳＯＣ検出器、並びに、バッテリセル温度を検出できる公知の温度検出器等を好適に用いることができる。
直流電圧制御部３５は、直流電流信号、直流電圧信号、ＳＯＣに基づいて、電圧調整回路３１を駆動させる。直流電圧制御部３５の具体的な構成は特に限定されないが、本実施の形態では、例えば図４に示すように、ＳＯＣ補正電圧演算部３５１、電流指令演算部３５２、および電圧調整回路制御部３５３を備える構成となっている。
ＳＯＣ補正電圧演算部３５１は、バッテリ状態監視部３４によるＳＯＣ（単位：％）から、ＳＯＣ補正電圧Ｖsoc cmp（単位：Ｖ）を演算する。電流指令演算部３５２は、ＳＯＣ補正電圧演算部３５１によるＳＯＣ補正電圧Ｖsoc cmpと、直流電圧検出部３３による直流電圧信号Ｖdc（単位：Ｖ）とから、電流指令値Ｉdc ref batt（単位：Ａ）を演算する。電圧調整回路制御部３５３は、電流指令演算部３５２による電流指令値Ｉdc ref battと、直流電流検出部３２による直流電流信号Ｉdc batt（単位：Ａ）とから、電圧調整回路３１の駆動信号（電圧制御信号）を生成し、電圧調整回路３１に入力する。電圧調整回路３１は、電圧調整回路制御部３５３からの駆動信号に基づいて、バッテリ４３の充放電量を制御する。
ＳＯＣ補正電圧演算部３５１、電流指令演算部３５２、および電圧調整回路制御部３５３の具体的な構成は特に限定されず、公知のスイッチング素子、加算器、減算器、比較器等による論理回路として構成されてもよいし、図示しない演算部（例えばＣＰＵ等）が、図示しない記憶部に格納されるプログラムに従って動作することにより実現される機能構成であってもよい。
図５（Ａ）および（Ｂ）に、ＳＯＣ補正電圧演算部３５１および電流指令演算部３５２の具体的な構成の一例を例示する。図５（Ａ）に示すＳＯＣ補正電圧演算部３５１は、減算器３０１および上下限リミッタ３０２から構成されている。減算器３０１は、予め設定されるＳＯＣの目標値ＳＯＣref（単位：％）から、バッテリ状態監視部３４によるバッテリ４３の充電状態（ＳＯＣ）を減算する。得られる減算値（偏差）ＳＯＣdiffは、上下限リミッタ３０２に出力される。上下限リミッタ３０２では、減算値ＳＯＣdiffに基づいてＳＯＣ補正電圧Ｖsoc cmpを生成して、電流指令演算部３５２に出力する。
図５（Ｂ）に示す電流指令演算部３５２は、加算器３０３、減算器３０４および比例制御器３０５により構成されている。加算器３０３は、ＳＯＣ補正電圧演算部３５１からのＳＯＣ補正電圧Ｖsoc cmpに対して、予め設定される直流電圧基準値Ｖdc ref（単位：Ｖ）を加算する。得られる加算値は直流電圧指令値Ｖdc ref batt（単位：Ｖ）であり、減算器３０４は、この直流電圧指令値Ｖdc ref battから、直流電圧検出部３３による直流電圧信号Ｖdcを減算する。比例制御器３０５は、得られる減算値（偏差）に対して、予め設定される比例ゲインＫを乗算することにより電流指令値Ｉdc ref battを生成して、電圧調整回路制御部３５３に出力する。
このように、電流指令演算部３５２は、ＳＯＣ補正電圧Ｖsoc cmpおよび直流電圧信号Ｖdcに基づいて、Ｐ制御により電流指令値Ｉdc ref battを演算し、電圧調整回路制御部３５３は、この電流指令値Ｉdc ref battを用いて駆動信号（電圧制御信号）を生成する。電圧調整回路３１は、この駆動信号により駆動され、バッテリ４３の充放電を制御する。これにより、昇圧コンバータ３０は、直流電圧が一定の場合には、バッテリ４３を充放電させないが、ＰＷＭコンバータ２０の制御により直流電圧が変化すれば、変化量（直流電圧の変動または基準値からのずれ）に応じて、バッテリ４３の充放電量を制御する。結果として、昇圧コンバータ３０（充放電制御部）によるバッテリ４３の充放電量は、ＰＷＭコンバータ２０（電力変換部）による直流電圧の調整によって制御されることになる。
なお、電流指令演算部３５２によるＰ制御が継続され続けると、バッテリ４３の充電量が徐々に低下したり、逆に徐々に過充電になったりするおそれがある。そこで、昇圧コンバータ３０では、バッテリ状態監視部３４によりバッテリ４３の充電状態（ＳＯＣ）を監視し、直流電圧制御部３５のＳＯＣ補正電圧演算部３５１では、ＳＯＣに基づいて充電量を制御する。
例えば、バッテリ４３の充電量が低下していれば、減算値（偏差）ＳＯＣdiffは大きくなるので、ＳＯＣ補正電圧Ｖsoc cmpは相対的に小さくなる。その結果、直流電圧制御部３５は、バッテリ４３を充電させるように駆動信号を生成する。電圧調整回路３１は、この駆動信号によりバッテリ４３を充電するように駆動される。このとき、電気系統の直流電圧は維持されたままなので、相対的にバッテリ４３の直流電圧が小さくなる。それゆえ、バッテリ４３の充電を進行させることができる。バッテリ４３が過充電状態にあれば、逆に、電圧調整回路３１は、直流電圧制御部３５より直流電圧を上昇させるように駆動され、バッテリ４３から電気系統に放電される。なお、バッテリ４３のバッテリセル温度はバッテリ状態監視部３４でモニターされるので、電力変換制御部２５は、バッテリ状態監視部３４でモニターした温度条件によって直流バス１４の電圧目標値を変化させることで、バッテリ４３の充放電電流量を制御できるように構成されている。
ここで、図６に示すように、電流指令演算部３５２による比例制御の応答性を改善する目的で、比例制御器３０５に並行して微分制御器３０７を設けてもよい。図６に示す電流指令演算部３５４は、第一加算器３０６、減算器３０４、比例制御器３０５、微分制御器３０７、および第二加算器３０８により構成されている。
電流指令演算部３５４では、第一加算器３０６は、図５（Ｂ）に示す加算器３０３と同様に、ＳＯＣ補正電圧Ｖsoc cmpに対して直流電圧基準値Ｖdc refを加算し、加算値である直流電圧指令値Ｖdc ref battを減算器３０４に出力する。減算器３０４は、直流電圧指令値Ｖdc ref battから直流電圧信号Ｖdcを減算する。減算器３０４からの減算値は、比例制御器３０５とともに微分制御器３０７に出力される。比例制御器３０５は、前記の通り、減算値に比例ゲインＫを乗算することにより乗算値（電流指令値Ｉdc ref batt）を生成する。また、微分制御器３０７は、減算値を微分し、第二加算器３０８に出力する。第二加算器３０８では、比例制御器３０５からの乗算値に微分制御器３０７からの微分値を加算する。
このように、図６に示す電流指令演算部３５４では、ＳＯＣ補正電圧Ｖsoc cmpおよび直流電圧信号Ｖdcに基づいて、Ｐ制御およびＤ制御を並行して行うことにより電流指令値Ｉdc ref battを演算している。これにより、図５（Ｂ）に示す電流指令演算部３５２に比べて、急激な電圧変動に対する応答性を改善することができる。なお、図６に示す電流指令演算部３５４は、図４に示す昇圧コンバータ３０が備える電流指令演算部３５２（すなわち図５（Ｂ）に示す構成）に置き換え可能であることは言うまでもない。
［電気系統安定化方法］
次に、前記構成の直流安定化電源システム１０Ａによる電気系統安定化方法の一例について、図７〜図９を参照して具体的に説明する。ここでいう電気系統安定化方法は、第一直流電源部１２Ａおよび第二直流電源部１３Ａによる電力供給安定化動作を実施することに加えて、ＰＷＭコンバータ２０による、これら直流電源部１２Ａ，１３Ａそれぞれによる電力供給安定化動作の分担量を調整することも含まれる。なお、図７〜図９に示すグラフは、それぞれ電気系統安定化方法の制御モードの一例を示し、縦軸が直流電圧の基準値となる直流電圧指令値Ｖdc ref genであり、横軸が有効電力Ｐgenである。
（１）制御モード１
まず、本実施の形態に係る直流安定化電源システム１０Ａによる制御モード１について説明する。図７に示す制御モード１では、直流安定化電源システム１０Ａの二つの直流電源部１２Ａ，１３Ａは、通常制御として、電気系統の直流電圧を基準値（例えば２７０Ｖ）に維持する制御を行う。
第一直流電源部１２ＡのＰＷＭコンバータ２０（電力変換部）では、電流指令演算部２５５において、ＰＩ制御により直軸の電流指令値Ｉd ref genを演算している（ＰＩ制御器２０２）。これにより直流電圧も一定に維持されるようにＰＩ制御される。ＰＩ制御では、電圧を一定にすることができる。昇圧コンバータ３０は、直流バス１４の電圧変動を検出すれば、直流電圧の変動量（直流電圧のずれ）に応じて、バッテリ４３から電力を供給させる（放電させる）ことができる。
制御モード１の通常制御では、発電機４２を含む第一直流電源部１２Ａによって対応しきれない、ごく短時間の電力変動については、バッテリ４３を含む第二直流電源部１３Ａが安定化制御を行うが、それ以外の長期的な電力変動については、第一直流電源部１２Ａが安定化制御を行う。さらに、制御モード１では、予め設定される範囲から外れる大きな電力変動が発生したときには、積極的にバッテリ４３を含む第二直流電源部１３Ａに電力変動を吸収させる。
ＰＷＭコンバータ２０の電力変換制御部２５では、有効電力Ｐgenを用いて直流電圧指令値Ｖdc ref genを演算している（直流電圧指令演算部２５４）。それゆえ、ＰＷＭコンバータ２０は、有効電力Ｐgenの値が所定範囲内に入る電力変動であれば、前述した通常制御を行えばよいが、所定範囲から外れる電力変動であれば、そのときの有効電力Ｐgenに応じて、直流電圧を基準値から変化させるように制御する。
前述したように、昇圧コンバータ３０によるバッテリ４３の充放電量は、ＰＷＭコンバータ２０によって間接的に制御される。つまり、ＰＷＭコンバータ２０は、当該ＰＷＭコンバータ２０を含む第一直流電源部１２Ａの動作だけでなく、バッテリ４３および昇圧コンバータ３０を含む第二直流電源部１３Ａの動作も制御する。
具体的には、昇圧コンバータ３０の直流電圧制御部３５は、直流電圧信号Ｖdcを用いて比例制御により電流指令値Ｉdc ref battを演算している（電流指令演算部３５２）。それゆえ、ＰＷＭコンバータ２０が直流電圧の基準値を上昇させれば、昇圧コンバータ３０は、直流電圧を下降させるようにバッテリ４３の充放電量を制御し、ＰＷＭコンバータ２０が直流電圧の基準値を下降させれば、昇圧コンバータ３０は、直流電圧を上昇させるようにバッテリ４３の充放電量を制御する。
例えば、図７では、電力変動の限界値が±１２０ｋＷ（有効電力Ｐgen＝−１２０ｋＷ〜＋１２０ｋＷが所定範囲）に設定され、例えば有効電力Ｐgen＝＋１５０ｋＷの電力変動（電力負荷の増加）が発生したとする。このとき、ＰＷＭコンバータ２０は、直流電圧の基準値（直流電圧指令値Ｖdc ref gen）を２７０Ｖから２６０Ｖに下降させる。昇圧コンバータ３０は、この−１０Ｖの変化量に対応する電力をバッテリ４３から放電（供給）させる。また、例えば有効電力Ｐgen＝−１５０ｋＷの電力変動（電力戻り）が発生したとすれば、ＰＷＭコンバータ２０は、直流電圧の基準値を２７０Ｖから２８０Ｖに上昇させる。昇圧コンバータ３０は、この＋１０Ｖの変化量に対応する電力をバッテリ４３に充電（吸収）させる。
このように制御モード１では、発電機４２を含む第一直流電源部１２Ａが主体となって電力供給安定化動作を実施するが、発電機４２が設けられるエンジンの種類または状況等に応じて、第一直流電源部１２Ａで対応しきれない場合には、バッテリ４３を含む第二直流電源部１３Ａが電力供給安定化動作を実施するように、ＰＷＭコンバータ２０が電力供給安定化動作の分担量を調整している。
（２）制御モード２
次に、図８に示す制御モード２は、発電機４２が設けられるエンジンのアイドル状態を考慮した制御モードである。この制御モード２も、制御モード１と同様に、予め設定される条件（エンジンのアイドル状態）に該当するときに電力変動が発生すれば、積極的にバッテリ４３に電力変動を吸収させる。
前述したように、発電機４２は航空機のエンジンに設けられているが、エンジンがアイドル状態にあると、発電機４２の回転数が少なくなる。この場合、相対的に大きな電力変動（増加）が生じても発電機４２で吸収することが困難となる。そこで、エンジンがアイドル状態にあるときの電力変動の限界値を設定しておき、この限界値を超えた電力変動（増加）が発生すれば、ＰＷＭコンバータ２０により直流電圧を急速に下降させる。
例えば、図８では、アイドル状態における電力変動の上限値が＋９０ｋＷに設定され、エンジンがアイドル状態にあるときに、＋１５０ｋＷの電力変動が発生したとする。このとき、ＰＷＭコンバータ２０は、直流電圧の基準値（直流電圧指令値Ｖdc ref gen）を２７０Ｖから迅速に下降させる。昇圧コンバータ３０は、直流電圧の急速な変化量に対応する電力をバッテリ４３から放電（供給）させる。これにより、制御モード１では発電機４２で対応可能な電力変動であっても、エンジンのアイドル状態にあれば、制御モード２にすることにより、バッテリ４３に対応させることができる。
このように制御モード２では、発電機４２の出力の限界が設定され、限界に満たない場合（または限界以下の場合）には、発電機４２を含む第一直流電源部１２Ａが主体となって電力供給安定化動作を実施し、限界以上の場合（または限界を超えた場合）には、バッテリ４３を含む第二直流電源部１３Ａが電力供給安定化動作を積極的に実施するように、ＰＷＭコンバータ２０が電力供給安定化動作の分担量を調整している。
（３）制御モード３
次に、図９に示す制御モード３は、発電機４２に対する電力戻りを制限する制御モードである。例えば、エンジンおよび発電機４２がバックラッシュに十分に対応していなければ、電力戻りを発電機４２で吸収しようとしても良好に対応できない。そこで、電力戻りが発生した場合には、主にバッテリ４３で対応するように、ＰＷＭコンバータ２０は、直流電圧の基準値を上昇させる。
例えば、図９では、直流電圧を上昇させる際の閾値として、有効電力Ｐgen＝＋２０ｋＷを設定している。そして、電力戻りが発生したときには、モニターしている有効電力Ｐgenが閾値を下回った時点で、ＰＷＭコンバータ２０は、有効電力Ｐgen＝０に達するまでの期間（第一期間）では、相対的に高速で（急速に）直流電圧を２７０Ｖから上昇させる。この電圧上昇により、電力戻りは、昇圧コンバータ３０（充放電制御部）の働きにより、バッテリ４３で吸収されることになる。
有効電力Ｐgen＝０に達した後の期間（第二期間）では、ＰＷＭコンバータ２０は、２８０Ｖに達するまで相対的に低速で（緩やかに）直流電圧を上昇させる。この第二期間は、バッテリ４３で吸収しきれない電力戻りを発電機４２でも吸収する期間として設けられている。
このように制御モード３では、発電機４２を含む第一直流電源部１２Ａが電力供給安定化動作を十分に実施できない場合に、バッテリ４３を含む第二直流電源部１３Ａが主体となって電力供給安定化動作を積極的に実施するように、ＰＷＭコンバータ２０が電力供給安定化動作の分担量を調整している。
なお、前述した制御モード１〜３は、電力変動の対応において、予め設定される条件（例えば、エンジンの作動条件または使用条件等）に基づいて設定されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、他の制御モードとしては、予め設定される条件をバッテリ状態として、このバッテリ状態に基づいて設定される制御モードを挙げることができる。
バッテリ４３としては、例えばリチウムイオン二次電池を用いることができるが、リチウムイオン二次電池は、一般に、０℃以下の低温環境下では充電特性が低下することが知られている。このような状況では、バッテリ４３により電力戻りを吸収したり電力負荷に電力を供給したりすることが困難になるおそれがある。そこで、例えば、ＰＷＭコンバータ２０が、常温環境下では制御モード１〜３のいずれかを行えばよいが、低温環境下では、発電機４２が主体となって電力変動に対応できるような制御モードを採用すればよい。
このように、本実施の形態によれば、ＰＷＭコンバータ２０が、交流電源である発電機４２の稼働情報（例えば、回転速度ωs gen）と有効電力の変動とを用いて直流電圧を制御している。また、昇圧コンバータ３０は、ＰＷＭコンバータ２０により直流電圧が変動したときには、その変動量に対応させて直流電源であるバッテリ４３の充放電を制御する。それゆえ、発電機４２により電力変動に対応できる場合には、ＰＷＭコンバータ２０は、直流電圧を基準値に維持して、昇圧コンバータ３０は直流電源を充放電させない。また、発電機４２による電力変動への対応が困難な場合には、ＰＷＭコンバータ２０は、直流電圧を基準値から変化させるので、この直流電圧の変化に連係して、昇圧コンバータ３０は、バッテリ４３を電力変動に対応させる。
例えば、ＰＷＭコンバータ２０は、稼働情報および有効電力の上昇の程度から、発電機４２により電力戻りを吸収可能である場合には、直流電圧を基準値に維持し、電力戻りを発電機４２に吸収させる。一方、稼働情報および有効電力の変動から発電機４２により電力戻りを吸収することが困難な場合には、ＰＷＭコンバータ２０は直流電圧を上昇させる。これにより、昇圧コンバータ３０はバッテリ４３を充電させるので、バッテリ４３により電力戻りが吸収される。
また、例えば、ＰＷＭコンバータ２０は、稼働情報および有効電力の下降の程度から、発電機４２により十分な電力供給が可能である場合には、直流電圧を基準値に維持し、発電機４２から電気系統に電力を供給する。一方、稼働情報および有効電力の下降の程度から発電機４２による十分な電力供給が困難であれば、ＰＷＭコンバータ２０は、直流電圧を基準値から下降させる。これにより、昇圧コンバータ３０はバッテリ４３を放電させるので、バッテリ４３により電気系統に電力が供給される。
電気系統には、第一直流電源部１２Ａおよび第二直流電源部１３Ａが含まれており、これら直流電源部１２Ａ，１３Ａは、それぞれ電力供給安定化動作を実施する。言い換えれば、電力供給安定化動作は、発電機４２で電力変動に対応する経路（第一直流電源部１２Ａの経路）と、バッテリ４３で電力変動に対応する経路（第二直流電源部１３Ａの経路）との二つの経路で分担可能になっている。そこで、ＰＷＭコンバータ２０は、これら直流電源部１２Ａ，１３Ａは、電気系統の状況に応じて、これらによる電力供給安定化動作の分担量を調整することができる。そのため、発電機４２またはバッテリ４３等の電源装置、もしくは電源装置に接続されるコンバータを大型化しなくても、電力変動を良好に吸収することが可能となる。
その結果、電源装置またはコンバータの大型化を回避できるので、航空機の重量増加を抑制できるとともに、電動アクチュエータのような電力戻りの可能性がある電気機器が採用しやすくなる。さらには、状況に応じて電力変動に対応する経路を切り替えることができるので、電気エネルギーの利用を効率化することも可能となる。
特に、本実施の形態では、電力変換部であるＰＷＭコンバータ２０は、ＰＩ制御により電力供給安定化動作の分担量の調整を制御しており、充放電制御部である昇圧コンバータ３０は、Ｐ制御により充放電量を制御している。これにより、ＰＷＭコンバータ２０の制御が昇圧コンバータ３０の制御に優先することになるので、直流バス１４の電圧変化に基づき、ＰＷＭコンバータ２０は、昇圧コンバータ３０を間接的に制御することになる。その結果、ＰＷＭコンバータ２０により二つの直流電源部１２Ａ，１３Ａの電力供給安定化動作の分担を良好に制御することができる。
しかも、ＰＷＭコンバータ２０は、少なくとも直流バス１４の電圧変化に基づいてＰＩ制御により交流電流指令値を算出し、この交流電流指令値を用いて発電機４２を制御している。これにより、発電機４２による発電の目標値を状況に応じて変更することができる。その結果、電力供給安定化動作の主体となる第一直流電源部１２Ａを状況に応じて良好に制御することができるので、二つの直流電源部１２Ａ，１３Ａの電力供給安定化動作の分担をより一層良好に制御することができる。
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、直流安定化電源システム１０Ａが、直流電源部として第一直流電源部１２Ａおよび第二直流電源部１３Ａを備える構成となっていたが、本発明はこれに限定されず、三つ以上の直流電源部を備えていてもよい。
図１０に示すように、本実施の形態２に係る直流安定化電源システム１０Ｂは、前記実施の形態１に係る直流安定化電源システム１０Ａと同様に、電気系統（直流バス１４およびこれに接続されるアクチュエータ１５並びに電気機器１６等を含む）と、第一直流電源部１２Ａ（ＰＷＭコンバータ２０および発電機４２により構成）と、第二直流電源部１３Ａ（昇圧コンバータ３０およびバッテリ４３により構成）と、を備えているが、さらに、第三直流電源部１７を備えている。この第三直流電源部１７は、ＡＰＵ発電機４４およびＰＷＭコンバータ４７から構成されている。
ＡＰＵ発電機４４は、図示しない航空機の補助動力装置（ＡＰＵ）４６に設けられる交流電源である。ＡＰＵ４６は、航空機のエンジン４５とは別に装備された補助的な動力源であり、エンジン４５と同様に燃料の燃焼により動作する。ＰＷＭコンバータ４７は、ＡＰＵ発電機４４からの交流電力を直流電力に変換し、直流バス１４からの直流電力を交流電力に変換する「ＡＰＵ電力変換部」として機能する。
本実施の形態では、航空機が備えるＡＰＵ４６は、第二直流電源部１３Ａにより始動可能となっている。ＡＰＵ４６が始動すれば、ＡＰＵ発電機４４も発電し、第三直流電源部１７の電力によりエンジン４５も始動するので、エンジン４５に設けられる発電機４２が発電を開始する。それゆえ、第二直流電源部１３Ａは、電力供給安定化動作を行う構成であるとともに、「ＡＰＵ始動用電源」を兼ねている。
例えば、図１０においてブロック矢印Ｆ２１で示すように、第二直流電源部１３Ａの昇圧コンバータ３０は、バッテリ４３を放電させる。これにより、直流バス１４およびＰＷＭコンバータ４７を介して、ブロック矢印Ｆ２２に示すようにＡＰＵ発電機４４に始動用電力が供給される。これによりＡＰＵ発電機４４が始動するので、図１０におけるブロック矢印Ｆ２４に示すように、ＡＰＵ発電機４４から交流電力が供給され、ＰＷＭコンバータ４７により直流電力に変換される。その結果、第三直流電源部１７から直流バス１４（電気系統）に電力が供給される。
さらに、第三直流電源部１７からの電力は、直流バス１４から直流リンク部１１４およびＰＷＭコンバータ２０を介して、ブロック矢印Ｆ２３に示すようにエンジン発電機４２に供給される。この電力によりエンジン発電機４２が始動するので、エンジン発電機４２からの電力によりエンジン４５が始動する。これにより、図１０におけるブロック矢印Ｆ２５に示すように、エンジン発電機４２から交流電力が供給され、ＰＷＭコンバータ２０により直流電力に変換される。その結果、第一直流電源部１２Ａから直流リンク部１１４を介して直流バス１４（電気系統）に電力が供給される。
このように、本実施の形態では、交流電源として、エンジン発電機４２とＡＰＵ発電機４４とが含まれており、エンジン発電機４２またはＡＰＵ発電機４４から直流バス１４に電力が供給されないときには、第二直流電源部１３Ａは、直流バス１４に電力を供給する構成（すなわち「非常用電源またはＡＰＵ始動用電源」）となっている。また、第一直流電源部１２Ａは、エンジン４５の始動時には、エンジン発電機４２またはＡＰＵ発電機４４（第三直流電源部１７）から供給される電力により「エンジン始動用モータコントローラおよびモータ」として動作する。
第三直流電源部１７のＰＷＭコンバータ４７は、直流電源部１３Ａ，１７の組合せにおいて電力供給安定化動作の分担量の調整を制御する。例えば、前記実施の形態１で例示した制御モード１〜３は、直流電源部１２Ａ，１３Ａの組合せにおいても直流電源部１３Ａ，１７の組合せにおいても実施可能である。
例えば、制御モード１の場合、第三直流電源部１７のＰＷＭコンバータ４７は、予め設定された直流電圧の基準値を上昇または下降させる。第二直流電源部１３Ａの昇圧コンバータ３０は、基準値の上昇または下降に合わせて、直流電圧を下降または上昇させるようにバッテリ４３の充放電量を制御する（図７参照）。
また、制御モード２の場合、ＡＰＵ発電機４４の電力変動の限界値が予め設定されていれば、当該限界値を超えた電力変動が発生したときには、第三直流電源部１７のＰＷＭコンバータ４７は、直流電圧を急速に変化させる。第二直流電源部１３Ａの昇圧コンバータ３０は、ＰＷＭコンバータ４７による直流電圧の変化量に対応する電力を供給するように、バッテリ４３の充放電量を制御する（図８参照）。
また、制御モード３の場合、第三直流電源部１７のＰＷＭコンバータ４７は、第一直流電源部１２ＡのＰＷＭコンバータ２０と同様に、ＡＰＵ発電機４４の有効電力をモニターするよう構成されている。それゆえ、電気系統の直流電圧の基準値と有効電力の閾値とが予め設定されていれば、第三直流電源部１７のＰＷＭコンバータ４７は、モニターしている有効電力が前記閾値を下回った時点で、有効電力が０に達するまでの第一期間では直流電圧を急速に上昇させ、有効電力が０に達した後の第二期間では、前記基準値に達するまで緩やかに直流電圧を上昇させる。第二直流電源部１３Ａの昇圧コンバータ３０は、ＰＷＭコンバータ４７による直流電圧上昇に対応する直流電力をバッテリ４３に充電させるように、充放電量を制御する。
このように、本実施の形態では、直流安定化電源システム１０Ｂが、第一直流電源部１２Ａおよび第二直流電源部１３Ａに加えて第三直流電源部１７を備えており、第三直流電源部１７は、ＡＰＵ発電機４４とＡＰＵ電力変換部（ＰＷＭコンバータ４７）とにより少なくとも構成されている。それゆえ、第三直流電源部１７のＡＰＵ電力変換部も第一直流電源部１２Ａの電力変換部（ＰＷＭコンバータ２０）と同様に、第二直流電源部１３Ａの昇圧コンバータ３０を間接的に制御することになる。その結果、第二直流電源部１３Ａおよび第三直流電源部１７による電力供給安定化動作の分担は、ＡＰＵ電力変換部により良好に制御される。
（実施の形態３）
前記実施の形態１または２に係る直流安定化電源システム１０Ａ，１０Ｂでは、第一直流電源部１２Ａの電力変換部（ＰＷＭコンバータ２０）または第三直流電源部１７のＡＰＵ電力変換部（ＰＷＭコンバータ４７）は、比例積分制御（ＰＩ制御）により電力供給安定化動作の分担量の調整を制御し、第二直流電源部１３Ａの充放電制御部（昇圧コンバータ３０）は、比例制御（Ｐ制御）により充放電量を制御している。これに対して、本実施の形態３では、第二直流電源部１３Ａの充放電制御部もＰＩ制御により充放電量を制御するとともに、充放電制御部の制御と電力変換部の制御とが重複しないように、それぞれの制御が実施される電圧変化の範囲が互いに異なるように予め設定されている。
例えば、図１１に示すように、本実施の形態３に係る直流安定化電源システム１０Ｃは、前記実施の形態１に係る直流安定化電源システム１０Ａと同様の構成を有している。ここで、図１１に示すように、第一直流電源部１２ＡのＰＷＭコンバータ２０および第二直流電源部１３Ａの昇圧コンバータ３０は、点線矢印Ｆ３１およびＦ３２に示すように、いずれも直流バス１４の電圧変化をモニターしている。なお、図１１では、第一直流電源部１２Ａおよび第二直流電源部１３Ａはいずれも直流バス１４に直接接続され、図１に示すように直流リンク部１１４を介する構成となっていないが、基本的な構成は前記実施の形態１と同様である。
第一直流電源部１２ＡのＰＷＭコンバータ２０の構成、並びに、第二直流電源部１３Ａの昇圧コンバータ３０の構成は、いずれも前記実施の形態１と同様であり、ＰＷＭコンバータ２０は図２に示す構成を有し、昇圧コンバータ３０は図４に示す構成を有している。ただし、本実施の形態では、ＰＷＭコンバータ２０は、図３（Ｂ）に示す電流指令演算部２５５に代えて、図１２（Ａ）に示す構成の電流指令演算部２５７を備えている。また、昇圧コンバータ３０は、図５（Ｂ）に示す電流指令演算部３５２または図６に示す電流指令演算部３５４に代えて、図１２（Ｂ）に示す電流指令演算部３５５を備えている。
図１２（Ａ）に示す電流指令演算部２５７は、減算器２０３、デッドバンド２０４およびＰＩ制御器２０５により構成されている。減算器２０３は、直流電圧指令演算部２５４（図示せず）により演算された直流電圧指令値Ｖdc ref genから、直流バス１４のモニター電圧である直流電圧信号Ｖdc (monitor)を減算し、減算値（偏差）をデッドバンド２０４に出力する。
デッドバンド２０４には、減算値の「感度設定値」に相当する上限値ａおよび下限値ｂが設定されている。デッドバンド２０４は、入力された減算値がａからｂまでの範囲内であれば、ＰＩ制御器２０５に対して当該減算値を出力しない。一方、入力された減算値がａからｂまでの範囲から外れれば（減算値が上限値ａを超えるか下限値ｂを下回る場合には）、上限値ａもしくは下限値ｂからの超過量をＰＩ制御器２０５に出力する。ＰＩ制御器２０５では、入力された減算値に基づいて電流指令値Ｉd ref genが生成される。
また、図１２（Ｂ）に示す電流指令演算部３５５は、加算器３０９、減算器３１０、上下限リミッタ３１１、およびＰＩ制御器３１２により構成されている。電流指令演算部３５５では、加算器３０９は、ＳＯＣ補正電圧Ｖsoc cmpに対して直流電圧基準値Ｖdc refを加算し、減算器３１０に出力する。減算器３１０は、入力された加算値から、直流バス１４のモニター電圧である直流電圧信号Ｖdc (monitor)を減算し、減算値を上下限リミッタ３１１に出力する。
上下限リミッタ３１１には、電流指令演算部２５７のデッドバンド２０４と同じく、減算値の「感度設定値」に相当する上限値ａおよび下限値ｂが設定されている。上下限リミッタ３１１は、入力された減算値がａからｂまでの範囲内であれば、ＰＩ演算器３１２に当該減算値を出力する。一方、入力された減算値がａからｂまでの範囲から外れれば（減算値が上限値ａを超えるか下限値ｂを下回る場合には）、ＰＩ制御器３１２に対して上限値ａもしくは下限値ｂを出力する。ＰＩ制御器３１２では、入力された減算値に基づいて電流指令値Ｉdc ref battを生成する。
このような構成の直流安定化電源システム１０Ｃでは、直流バス１４のモニター電圧が直流電圧基準設定値から逸脱した場合には、まず、バッテリ４３を備える第二直流電源部１３Ａにより電力供給安定化動作を実施する。さらに、モニター電圧の逸脱が感度設定値（上限値ａから下限値ｂの範囲内）を超えた場合には、発電機４２を備える第一直流電源部１２Ａにより、バッテリ４３（第二直流電源部１３Ａ）をアシストする形で、電力供給安定化動作を実施する。このとき、モニター電圧の感度設定値については、図１１における点線矢印Ｆ３３に示すように、昇圧コンバータ３０からＰＷＭコンバータ２０に対して通知するように構成されればよい。
まず、第二直流電源部１３Ａでは、前記の通り、昇圧コンバータ３０の電流指令演算部３５５が上下限リミッタ３１１を備えている。この上下限リミッタ３１１は、第二直流電源部１３Ａによる補償範囲を制限するために設けられている。それゆえ、第二直流電源部１３Ａでは、バッテリ４３が充放電可能な範囲（上限値ａから下限値ｂの範囲）で、当該バッテリ４３を充放電させる。電流指令演算部３５５は、電流指令値Ｉdc ref battを生成するためにＰＩ制御器３１２を備えているので、より良好な精度で電力供給安定化動作を実施することが可能となる。
また、第一直流電源部１２Ａでは、前記の通り、ＰＷＭコンバータ２０の電流指令演算部２５７がデッドバンド２０４を備えている。電流指令演算部２５７では、モニター電圧の逸脱が第二直流電源部１３Ａの対応可能な範囲（すなわちバッテリ４３の許容範囲）を超えたときのみ第一直流電源部１２Ａの発電機４２が対応するように、デッドバンド２０４が設けられている。電流指令演算部２５７も、電流指令演算部３５５（並びに、前記実施の形態１における電流指令演算部２５５）と同様に、電流指令値Ｉd ref genを生成するためにＰＩ制御器２０５を備えているので、良好な精度で電力供給安定化動作を実施することが可能となる。
なお、前記の通り、昇圧コンバータ３０に設けられる上下限リミッタ３１１と、ＰＷＭコンバータ２０に設けられるデッドバンド２０４においては、上限値ａおよび下限値ｂは同一値である。これにより、昇圧コンバータ３０およびＰＷＭコンバータ２０のそれぞれによる電力供給安定化動作の制御が互いに干渉するおそれを回避することできる。また、感度設定値である上限値ａおよび下限値ｂは１パターン（１組）の値で設定されてもよいが、複数パターンの値で設定されるとより好ましい。ａおよびｂの感度設定値が複数パターンとして設定されていれば、電気系統の状況に応じた柔軟な電力供給安定化動作を実施することができる。
例えば、バッテリ４３をあまり放電させたくない場合には、上限値ａの設定値を小さくすればよい。また、バッテリ４３を充電させたくない場合には、下限値ｂの設定値を小さくすればよい。また、バッテリ４３の充放電量を多くしたい場合には、ａおよびｂの双方の設定値を大きくし、バッテリ４３の充放電量を少なくしたい場合には、ａおよびｂの双方の設定値を小さくすればよい。
なお、前述した例では、モニター電圧の感度設定値は、昇圧コンバータ３０（第二直流電源部１３Ａ）からＰＷＭコンバータ２０（第一直流電源部１２Ａ）に対して通知されているが、これに限定されない。例えば、図１３に示すように、感度設定値ａおよびｂは、上位の制御器である航空機の管理装置４８で設定され、この感度設定値は、点線矢印Ｆ３４に示すように管理装置４８から直接ＰＷＭコンバータ２０（第一直流電源部１２Ａ）に通知されるとともに、点線矢印Ｆ３５に示すように管理装置４８から直接昇圧コンバータ３０（第二直流電源部１３Ａ）に通知されるよう構成されてもよい。
このように、本実施の形態では、第一直流電源部１２Ａの電力変換部（ＰＷＭコンバータ２０）だけでなく、第二直流電源部１３Ａの充放電制御部（昇圧コンバータ３０）もＰＩ制御により制御を行っている。しかも、充放電制御部の制御と電力変換部の制御とが重複しないように、それぞれの制御が実施される電圧変化の範囲が互いに異なるように予め設定されている。それゆえ、充放電制御部および電力変換部により、二つの直流電源部１２Ａ，１３Ａの電力供給安定化動作の分担をより一層良好に制御することができる。
（実施の形態４）
前記実施の形態１，２または３に係る直流安定化電源システム１０Ａ，１０Ｂまたは１０Ｃは、航空機の電気系統に適用されているが、本発明はこれに限定されず、航空機以外の電気系統にも好適に適用することができる。例えば、本実施の形態４では、地上電源設備の電気系統に本発明を適用した構成について説明する。
図１４に示すように、本実施の形態４に係る直流安定化電源システム１０Ｄは、航空機４０および地上電源設備５０により構成されている。航空機４０は、直流バス１４、アクチュエータ１５、および電気機器１６等を含む電気系統と、発電機４２（エンジン発電機４２）が設けられたエンジン４５と、ＰＷＭコンバータ４７と、を備えている。航空機４０の直流バス１４には、固定ソケット４９が接続されている。
地上電源設備５０は、第一直流電源部１２Ｂおよび第二直流電源部１３Ｂを備えている。第一直流電源部１２Ｂは、発電機５２およびＰＷＭコンバータ２０から構成されており、ＰＷＭコンバータ２０には発電機５２から交流電力が供給可能になっているとともに、外部の商用電源からも交流電力が供給可能になっている。また、第二直流電源部１３Ｂは、バッテリ５３および昇圧コンバータ３０から構成されている。
第一直流電源部１２ＢのＰＷＭコンバータ２０には、発電機側直流配線１１５が接続され、第二直流電源部１３Ｂの昇圧コンバータ３０には、バッテリ側直流配線１１６が接続されている。発電機側直流配線１１５とバッテリ側直流配線１１６とは、直流リンク部１１４で接続されており、直流リンク部１１４にはソケット配線１１７が接続されている。ソケット配線１１７には、航空機４０の固定ソケット４９に接続可能な非固定ソケット５４が接続されている。なお、地上電源設備５０を構成する第一直流電源部１２Ｂ、第二直流電源部１３Ｂ、並びに、直流リンク部１１４、配線１１５，１１６，および１１７の具体的な構成は特に限定されず、前記実施の形態１〜３で説明した第一直流電源部１２Ａ、第二直流電源部１３Ａ、並びに、直流リンク部１１４、配線１１２，１１３等と同様である。また、固定ソケット４９および非固定ソケット５４等の具体的な構成についても特に限定されず、公知の構成を好適に用いることができる。
本実施の形態によれば、地上電源設備５０が、前記実施の形態１〜３に係る直流安定化電源システム１０Ａ〜Ｃと同様の直流安定化電源システム１０Ｄを備えているので、二つの直流電源部１２Ｂ，１３Ｂにより電力供給安定化動作が良好に分担される。それゆえ、ＭＥＡ化が進んだ航空機４０に対して直流電力を供給する際には、電力供給動作を良好に実施することができるとともに、アクチュエータ１５または電気機器１６等から生じた回生電力を吸収する電力吸収動作も良好に実施することができる。さらには、地上電源設備５０は、航空機４０のエンジン４５を始動するための始動用電源としても用いることができる。
ここで、地上電源設備５０は、空港の固定位置に設けられる固定式のＧＰＵ（Ground Power Unit、地上動力装置）であってもよいし、発電機５２および商用電源の中継設備を備える航空電源車であってもよい。また、航空機４０の種類によっては、地上電源設備５０の第一直流電源部１２Ｂは、発電機５２のみを備える構成であってもよいし、商用電源の中継設備のみを備える構成であってもよい。
なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、直流主体の電気系統を安定化する分野、例えば、ＭＥＡ化が進んだ航空機の電気系統の分野等に好適に用いることができる。
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 直流安定化電源システム
１２Ａ，１２Ｂ 第一直流電源部
１３Ａ，１３Ｂ 第二直流電源部
１４ 直流バス
１５ アクチュエータ（電気機器）
１６ 電気機器
１７ 第三直流電源部
２０ ＰＷＭコンバータ（電力変換部）
２１ 電力変換回路
２２ 交流電圧検出部
２３ 交流電流検出部
２４ 直流電圧検出部
２５ 電力変換制御部
３０ 昇圧コンバータ（充放電制御部）
３１ 電圧調整回路
３２ 直流電流検出部
３３ 直流電圧制御部
３４ バッテリ状態監視部（直流電源監視部）
３５ 直流電圧制御部
４０ 航空機
４２ 発電機（交流電源）
４３ バッテリ（直流電源）
４４ ＡＰＵ発電機（交流電源）
４５ エンジン
４６ ＡＰＵ（補助動力装置）
５０ 地上電源設備
１１４ 直流リンク部
２０２、２０５ ＰＩ制御器
２０４ デッドバンド
２５４ 直流電圧指令演算部
２５５，２５７ 電流指令演算部
２５６ 電力変換回路制御部
３０５ 比例制御器
３０７ 微分制御器
３１２ ＰＩ制御器
３１１ 上下限リミッタ
３５１ ＳＯＣ補正電圧演算部
３５２，３５４，３５５ 電流指令演算部
３５３ 電圧調整回路制御部

Claims (18)

  1. 直流バスおよびこれに接続される電気機器を含む電気系統と、
    当該電気系統に電力を供給する交流電源および直流電源と、
    前記直流電源および前記直流バスに接続され、当該直流電源の充放電量を制御する充放電制御部と、
    当該充放電制御部、前記交流電源および前記直流バスに接続され、交流電力および直流電力を双方向に変換する電力変換部と、
    を備え、
    少なくとも前記交流電源および前記電力変換部により第一直流電源部が構成されるとともに、少なくとも前記直流電源および前記充放電制御部により第二直流電源部が構成され、
    前記電気系統に対して直流電力を供給するとともに前記電気機器から生じた回生電力を吸収する動作を電力供給安定化動作としたときに、当該電力供給安定化動作は、前記交流電源を含む前記第一直流電源部の経路と、前記直流電源を含む前記第二直流電源部の経路との少なくとも二つの経路で分担され、
    前記電力変換部は、前記直流バスの電圧目標値を変更することにより、前記第一直流電源部の経路と、前記第二直流電源部の経路とのそれぞれによる前記電力供給安定化動作の分担量の調整を制御することを特徴とする、
    直流安定化電源システム。
  2. 前記電力変換部は、比例積分制御により前記直流バスの電圧を制御することで、前記電力供給安定化動作の分担量の調整を制御するとともに、
    前記充放電制御部は、比例制御により前記充放電量を制御することを特徴とする、
    請求項１に記載の直流安定化電源システム。
  3. 前記電力変換部および前記充放電制御部では、それぞれの制御が実施される前記電圧変化の範囲が互いに異なるように予め設定され、
    前記電力変換部は、比例積分制御により前記電力供給安定化動作の分担量の調整を制御するとともに、
    前記充放電制御部は、比例積分制御により前記充放電量を制御することを特徴とする、
    請求項１に記載の直流安定化電源システム。
  4. 前記電力変換部は、
    前記交流電源に接続される電力変換回路と、
    前記交流電源の交流電圧を検出する交流電圧検出部と、
    前記交流電源の交流電流を検出する交流電流検出部と、
    前記電気系統の直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
    検出された前記交流電圧、前記交流電流、および前記直流電圧に基づいて、前記電力変換回路を駆動させる電力変換制御部と、
    を備え、
    当該電力変換制御部は、検出された前記交流電圧および前記交流電流に基づいて、前記交流電源の有効電力を算出し、
    当該有効電力および前記交流電源の稼働情報に基づいて、直流電圧指令値を演算し、
    当該直流電圧指令値および検出された前記直流電圧に基づいて、比例積分制御により前記交流電流指令値を演算し、
    当該交流電流指令値を用いて、前記電力変換回路を制御するよう構成されていることを特徴とする、
    請求項２または３に記載の直流安定化電源システム。
  5. 前記電力変換制御部は、検出された前記交流電圧に基づいて、前記交流電源の位相を演算し、
    前記交流電流指令値と、検出された前記交流電流および前記位相とを用いて、前記電力変換回路を制御するよう構成されていることを特徴とする、
    請求項４に記載の直流安定化電源システム。
  6. 前記充放電制御部は、
    前記直流電源に接続される電圧調整回路と、
    前記直流電源の充電状態およびセル温度を監視する直流電源監視部と、
    前記電気系統の直流電圧を検出する直流電圧検出部と、
    前記電気系統の直流電流を検出する直流電流検出部と、
    前記直流電源の前記充電状態、検出された前記直流電圧および前記直流電流に基づいて、前記電圧調整回路を駆動させる直流電圧制御部と、
    を備え、
    当該直流電圧制御部は、前記直流電源の前記充電状態に基づいて、充電状態補正電圧を算出し、
    当該充電状態補正電圧および検出された前記直流電圧に基づいて、比例制御により直流電流指令値を演算し、
    当該直流電流指令値および検出された前記直流電流を用いて、前記電圧調整回路を制御するよう構成されていることを特徴とする、
    請求項２または３に記載の直流安定化電源システム。
  7. 前記直流電圧制御部は、前記充電状態補正電圧および検出された前記直流電圧に基づいて、比例制御に並行して微分制御を行うことにより、前記電流指令値を演算することを特徴とする、
    請求項６に記載の直流安定化電源システム。
  8. 前記電気系統の直流電圧の基準値が予め設定されており、
    前記電力変換部は、前記基準値を上昇または下降させ、
    前記充放電制御部は、前記基準値の上昇または下降に合わせて、直流電圧を下降または上昇させるように前記直流電源の充放電量を制御することを特徴とする、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の直流安定化電源システム。
  9. 前記交流電源の電力変動の限界値が予め設定されており、
    当該限界値を超えた電力変動が発生したときには、前記電力変換部は、直流電圧を急速に変化させ、
    前記充放電制御部は、前記電力変換部による直流電圧の変化量に対応する電力を供給するように、前記直流電源の充放電量を制御することを特徴とする、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の直流安定化電源システム。
  10. 前記電力変換部は、前記交流電源の有効電力をモニターするよう構成され、
    前記電気系統の直流電圧の基準値と有効電力の閾値とが予め設定され、
    さらに、前記電力変換部は、モニターしている有効電力が前記閾値を下回った時点で、有効電力が０に達するまでの第一期間において直流電圧を高速に上昇させ、有効電力が０に達した後の第二期間では、前記基準値に達するまで直流電圧を前記第一期間よりも低速で上昇させ、
    前記充放電制御部は、前記電力変換部による前記第二期間における直流電圧の変化量に対応する直流電力を前記直流電源に充電させるように、充放電量を制御することを特徴とする、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の直流安定化電源システム。
  11. 前記交流電源は、エンジンに設けられ、当該エンジンの回転に伴って駆動する発電機であることを特徴とする、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の直流安定化電源システム。
  12. 前記直流電源は、蓄電池および電気二重層キャパシタの少なくとも一方であることを特徴とする、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の直流安定化電源システム。
  13. 前記電気機器には、電動アクチュエータが含まれていることを特徴とする、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の直流安定化電源システム。
  14. 航空機の電気系統に用いられることを特徴とする、
    請求項１から１３のいずれか１項に記載の直流安定化電源システム。
  15. 前記航空機は補助動力装置（ＡＰＵ）を備え、前記第二直流電源部はＡＰＵ始動用電源を兼ねていることを特徴とする、
    請求項１４に記載の直流安定化電源システム。
  16. 前記交流電源には、前記航空機が備えるエンジンに設けられ、当該エンジンの回転に伴って駆動するエンジン発電機と、前記ＡＰＵが備えるＡＰＵ発電機と、が含まれ、
    前記エンジン発電機または前記ＡＰＵ発電機から前記直流バスに電力が供給されないときには、前記第二直流電源部は、前記直流バスに電力を供給することを特徴とする、
    請求項１４または１５に記載の直流安定化電源システム。
  17. 前記第一直流電源部は、前記交流電源として前記エンジン発電機を備えているとともに、
    前記エンジンの始動時には、前記ＡＰＵ発電機から供給される電力によりエンジン始動用のモータコントローラおよびモータとして動作することを特徴とする、
    請求項１６に記載の直流安定化電源システム。
  18. さらに、前記ＡＰＵ発電機および前記直流バスに接続され、交流電力および直流電力を双方向に変換するＡＰＵ電力変換部を備え、
    少なくとも前記ＡＰＵ発電機および前記ＡＰＵ電力変換部により第三直流電源部が構成され、
    前記ＡＰＵ電力変換部は、さらに、前記直流バスの電圧変化に基づいて、前記第三直流電源部および前記第二直流電源部それぞれによる前記電力供給安定化動作の分担量の調整を制御することを特徴とする、
    請求項１６または１７に記載の直流安定化電源システム。
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