JP6511656B2 - 独立電源システム - Google Patents
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Description
本発明は、独立電源システムに関する。
山奥や離島などの無電源地帯では、気象観測装置や通信設備などの電源設備として、電力会社から電力の供給を受けることなく独立して負荷に電力を供給できる独立電源システムが用いられている。このような独立電源システムは、期待される発電量が不安定な発電設備からの電力供給や、現地に供えられた有限な燃料からの発電設備からの電力に依存する場合が多い。このため効率的に電力を使用する事が求められている。独立電源システムは、例えば、太陽電池や風車等によって、自然エネルギーに基づいて発電を行い、発電された電力を気象観測装置等の負荷に供給している。また、独立電源システムでは、このように自然エネルギーに基づいて発電を行うため、天候等の自然環境の変化によって、発電量が変動する。
このため、独立電源システムは、例えば、発電を行う太陽電池と、発電された電力を蓄える蓄電池、充放電回路等から構成される。そして、この独立電源システムは、太陽電池によって発電された電力、および蓄電池に充電された電力を負荷に供給する（例えば、特許文献１参照）。
また、独立電源システムでは、風力発電機、太陽電池など複数の発電装置を組み合わせたハイブリッド型も使われている。このようなハイブリッド型の独立電源システムでは、風力発電機および太陽電池によって発電された電力を制御装置が蓄電池に充電し、発電された電力および充電された電力を負荷に供給する。
しかしながら、ハイブリッド型の独立電源システムにおいては、複数の発電装置および蓄電池からの電力に対して優先順位をつけて負荷に供給する場合、独立電源システムを制御する制御部が必要であり、当該制御部を外部から制御する必要があるという課題があった。
上述の課題を鑑み、本発明は、外部からの制御なしに、複数の電源から出力される電力に対して自律的に優先順位をつけて負荷に供給することができる独立電源システムを提供することを目的とする。
上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係る独立電源システムは、電力が入力され、入力された電力の電圧値を変換し、電圧値を変換した電力を負荷に供給する少なくとも２つの電圧変換器と、各々の前記電圧変換器について、前記電圧変換器と前記負荷との間に、当該電圧変換器から当該負荷の方向のみに電流が流れるように接続されているダイオードと、を備え、各々の前記電圧変換器は、前記負荷に電力を供給する予め決定されている順位に基づいて、異なる最大出力の電圧値が設定され、前記負荷に流れる電流値に応じた電圧で、前記順位で前記負荷に電力を供給することを特徴とする独立電源システムであって、前記電圧変換器は、各々、入力された電力の電圧値を、出力電圧制御部が出力する電圧値に基づいて制御する電圧変換部と、前記電圧変換部から負荷に流れる電流値を検出する電流検出部と、前記最大出力の電圧値に基づいて設定されている前記電流値と電圧値との関係に基づいて、前記電圧変換部の出力の電圧値を決定し、決定した電圧値を前記電圧変換部に出力する前記出力電圧制御部と、を備え、第ｎ（ｎは１以上の整数）の前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値は、第（ｎ＋１）の前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値より大きく、前記電圧変換器はｍ（ｍは、３以上の整数）個であり、前記ｍ個の電圧変換器のうち第１の電圧変換器および第２の電圧変換器は、自然エネルギーによる電力が入力され、入力された電力の電圧値を変換し、電圧値を変換した電力を負荷に供給する電圧変換器であり、前記ｍ個の電圧変換器のうち第ｎの前記電圧変換器の出力電圧制御部は、各々、第ｎの前記電流検出部によって検出された電流値が、第ｎの前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値に基づく第ｎの電流値を超えた後、前記負荷に供給する電圧を、前記最大出力の電圧値から、第（ｎ＋１）の前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値に変化するように第ｎの前記電圧変換部を制御し、前記ｍ個の電圧変換器は、ｎ＝１からｎ＝ｍまで順次、前記ｍ個の電圧変換器のうち第ｎの前記電圧変換器の前記出力電圧制御部による前記制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の一態様に係る独立電源システムにおいて、前記電流値が、前記第ｎの電流値より多い予め設定されている第（ｎ＋１）の電流値を超えた後、前記順位に応じて、前記第ｎの電圧変換器からの電力に加えて、前記第（ｎ＋１）の電圧変換器からも電力を前記負荷に供給するようにしてもよい。
本発明によれば、独立電源システムは、外部からの制御なしに、複数の電源から出力される電力に対して自律的に優先順位をつけて負荷に供給することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る独立電源システム１の概略構成図である。図１に示すように、独立電源システム１は、制御部１０、第１電源２０−１〜第５電源２０−５を備えている。また、制御部１０には、負荷３０が接続されている。なお、図１では、独立電源システム１が、５つの電源を備える例を示したが、電源は２つ以上であればよい。
図１は、本実施形態に係る独立電源システム１の概略構成図である。図１に示すように、独立電源システム１は、制御部１０、第１電源２０−１〜第５電源２０−５を備えている。また、制御部１０には、負荷３０が接続されている。なお、図１では、独立電源システム１が、５つの電源を備える例を示したが、電源は２つ以上であればよい。
負荷３０には、制御部１０から電圧Ｖｌが供給される。負荷３０は、例えば照明機器、気象観測装置、基地局の通信装置等、電力を消費する機器である。例えば、独立電源システム１が、植物工場に設置されている場合、負荷３０は、植物に光を照射する照明機器であり、例えばＨＩＤランプ（高輝度放電灯）、蛍光灯、ＬＥＤ（発光ダイオード）等のいずれか１つであってもよい。また、負荷３０の消費電力は、Ｐｓｌである。
第１電源２０−１は、風力発電機であり、風車翼、発電機を有している。第１電源２０−１は、風のエネルギーによって風車翼を回転させ、この風車翼が回転したときの回転エネルギーを発電機によって電気エネルギーに変換する。第１電源２０−１は、このようにして発電した電力を制御部１０に出力する。第１電源２０−１の出力電圧はＶｓ１’である。なお、第１電源２０−１の発電を効率よく制御するために、第１電源２０−１と制御部１０との間に、充放電を制御するコントローラおよび蓄電池を備えていてもよい。さらに、充放電を制御するコントローラは、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ；最大電力点追従）方式の制御部を備えていてもよい。ここで、ＭＰＰＴ制御とは、出力される電力が最大となる最適動作点で動作させるように制御する方式である。
第２電源２０−２は、太陽光発電機であり、太陽電池を複数並べて相互接続した太陽光パネルを有している。第２電源２０−２は、太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する。第２電源２０−２は、このようにして発電した電力を制御部１０に出力する。第２電源２０−２の出力電圧はＶｓ２’である。第１電源２０−１と同様に、第２電源２０−２と制御部１０との間に、充放電を制御するコントローラおよび蓄電池を備えていてもよい。
第３電源２０−３は、蓄電池である。第３電源２０−３は、図１に示す例では、第１電源２０−１によって発電された電力が充放電制御部４０の制御に応じて充電される。第３電源２０−３は、充電された電力を充放電制御部４０に出力する。第３電源２０−３の出力電圧はＶｓ３’である。
第４電源２０−４は、電気化学変化によって電力を取り出す燃料電池である。第４電源２０−４は、電力を制御部１０に出力する。第４電源２０−４の出力電圧はＶｓ４’である。
第５電源２０−５は、電力会社等から供給される商用電源を受電する。なお、受電する電力は、交流電力である。第５電源２０−５は、受電した電力を制御部１０に出力する。第５電源２０−５の出力電圧はＶｓ５’である。
第５電源２０−５は、電力会社等から供給される商用電源を受電する。なお、受電する電力は、交流電力である。第５電源２０−５は、受電した電力を制御部１０に出力する。第５電源２０−５の出力電圧はＶｓ５’である。
制御部１０は、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５、ダイオード１０２−１、１０２−２、１０２−４、１０２−５、充放電制御部４０、および第６電圧変換器１０３を備えている。また、充放電制御部４０は、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂ、ダイオード１０２−３Ａ、１０２−３Ｂ、及び制御部４１を備えている。制御部１０は、第１電源２０−１〜第５電源２０−５が出力した電力に対して自律的に優先順位をつける。そして、制御部１０は、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５およびダイオード１０２−１、１０２−２、１０２−３Ａ、１０２−４、及び１０２−５を介して母線直流バスｐｌに、第１電源２０−１〜第５電源２０−５が出力した電力を供給する。そして、制御部１０は、母線直流バスｐｌに供給した電力の電圧を、第６電圧変換器１０３によって変圧し、変圧した電力を負荷３０に供給する。なお、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５各々の定格出力電力はＰｓ１〜Ｐｓ５である。
以下の説明において、第１電源２０−１〜第５電源２０−５のうちの１つを特定しない場合は、第ｎ電源２０−ｎ（ｎは１から５の整数）という。また、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５のうちの１つを特定しない場合は、第ｎ電圧変換器１０１−ｎという。また、ダイオード１０２−１、１０２−２、１０２−３Ａ、１０２−４、および１０２−５のうちの１つを特定しない場合は、ダイオード１０２−ｎという。また、第ｎ電源２０−ｎの出力電圧をＶｓｎ’といい、第ｎ電圧変換器１０１−ｎの出力電圧をＶｓｎという。
電圧変換器１０１−ｎは、入力端が、第ｎ電源２０−ｎに接続され、出力端が、ダイオード１０２−ｎのアノードに接続されている。
ダイオード１０２−ｎのカソードは、母線直流バスｐｌに接続されている。ダイオード１０２−ｎは、第ｎ電圧変換器１０１−ｎが出力し負荷に流れる電流が、他の第ｎ電圧変換器１０１−ｎに逆流するのを防止する。
ダイオード１０２−ｎのカソードは、母線直流バスｐｌに接続されている。ダイオード１０２−ｎは、第ｎ電圧変換器１０１−ｎが出力し負荷に流れる電流が、他の第ｎ電圧変換器１０１−ｎに逆流するのを防止する。
ここで、ダイオード１０２−ｎの役割について、さらに説明する。後述するように、第ｎ電圧変換器１０１−ｎの出力電圧Ｖｓｎの電圧値は、利用者が設定した優先順に応じて、異なっている。例えば、出力電圧Ｖｓ１〜Ｖｓ５の大小関係が、Ｖｓ１＞Ｖｓ２＞Ｖｓ３＞Ｖｓ４＞Ｖｓ５であるとする。第１電圧変換器１０１−１が出力した電力が、ダイオード１０２−１を介して、母線直流バスｐｌに供給されるとき、母線直流バスｐｌの電圧の電圧値は、Ｖｓ１である。このとき、第１電圧変換器１０１−１の出力電圧の電圧値がＶｓ１であるため、ダイオード１０２−２のアノード側の電圧値がＶｓ２、カソード側の電圧値がＶｓ１である。このように母線直流バスｐｌの電圧値がＶｓ１の場合、ダイオード１０２−２においては、電圧値の低いアノード側から電圧値の高いカソード側に電流が流れないので、母線直流バスｐｌには、第１電圧変換器１０１−１からの電力のみが供給されることになる。同様の理由により、母線直流バスｐｌの電圧値がＶｓ１の場合、ダイオード１０２−３〜ダイオード１０２−５によって、第３電圧変換器１０１−３〜第５電圧変換器１０１−５からの電力は、母線直流バスｐｌに供給されない。
また、消費電流が増加して第１電圧変換器１０１−１からの電力による母線直流バスｐｌの電圧値がＶｓ１からＶｓ２に下がった場合、ダイオード１０２−ｎのアノード側からカソード側に電流が流れるのは、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２のみであり、他の第３電圧変換器１０１−３〜第５電圧変換器１０１−５からの電力は、母線直流バスｐｌに供給されない。
なお、本実施形態では、説明を簡単にするために、ダイオード１０２−ｎによる電圧降下を省略して説明している。また、電圧降下を低減するために、ダイオード１０２−ｎには、ショットキーバリアダイオードを用いてもよい。
また、消費電流が増加して第１電圧変換器１０１−１からの電力による母線直流バスｐｌの電圧値がＶｓ１からＶｓ２に下がった場合、ダイオード１０２−ｎのアノード側からカソード側に電流が流れるのは、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２のみであり、他の第３電圧変換器１０１−３〜第５電圧変換器１０１−５からの電力は、母線直流バスｐｌに供給されない。
なお、本実施形態では、説明を簡単にするために、ダイオード１０２−ｎによる電圧降下を省略して説明している。また、電圧降下を低減するために、ダイオード１０２−ｎには、ショットキーバリアダイオードを用いてもよい。
第１電圧変換器１０１−１は、ＤＣ−ＤＣ（直流―直流）コンバータであり、第１電源２０−１が出力した直流電圧Ｖｓ１’を直流電圧Ｖｓ１に変換し、変換した直流電圧Ｖｓ１を、ダイオード１０２−１を介して母線直流バスｐｌに供給する。
第２電圧変換器１０１−２は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、第２電源２０−２が出力した直流電圧Ｖｓ２’を直流電圧Ｖｓ２に変換し、変換した直流電圧Ｖｓ２を、ダイオード１０２−２を介して母線直流バスｐｌに供給する。なお、電圧Ｖｓ２は、利用者が設定した優先順位に基づいて、電圧Ｖｓ１の電圧値より低い電圧値に設定されている。
第２電圧変換器１０１−２は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、第２電源２０−２が出力した直流電圧Ｖｓ２’を直流電圧Ｖｓ２に変換し、変換した直流電圧Ｖｓ２を、ダイオード１０２−２を介して母線直流バスｐｌに供給する。なお、電圧Ｖｓ２は、利用者が設定した優先順位に基づいて、電圧Ｖｓ１の電圧値より低い電圧値に設定されている。
制御部４１は、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａが放電を行っているとき、第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂによって第３電源２０−３に充電を行わないように制御する。また、制御部４１は、第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂが第３電源２０−３に対して充電を行っているとき、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａが母線直流バスｐｌに第３電源２０−３からの直流電圧の放電を行わないように制御する。
第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａおよび第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータである。第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａは、制御部４１の制御に応じて、第３電源２０−３が出力した直流電圧Ｖｓ３’を直流電圧Ｖｓ３に変換し、変換した直流電圧Ｖｓ３を、ダイオード１０２−３を介して母線直流バスｐｌに供給する。また、第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂは、制御部４１の制御に応じて、母線直流バスｐｌから供給された直流電圧Ｖｓ３を直流電圧Ｖｓ３’に電圧変換し、変換した直流電圧Ｖｓ３’を第３電源２０−３に供給することで充電を行う。なお、電圧Ｖｓ３は、利用者が設定した優先順位に基づいて、電圧Ｖｓ１およびＶｓ２の電圧値より低い電圧である。
第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａおよび第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂは、ＤＣ−ＤＣコンバータである。第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａは、制御部４１の制御に応じて、第３電源２０−３が出力した直流電圧Ｖｓ３’を直流電圧Ｖｓ３に変換し、変換した直流電圧Ｖｓ３を、ダイオード１０２−３を介して母線直流バスｐｌに供給する。また、第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂは、制御部４１の制御に応じて、母線直流バスｐｌから供給された直流電圧Ｖｓ３を直流電圧Ｖｓ３’に電圧変換し、変換した直流電圧Ｖｓ３’を第３電源２０−３に供給することで充電を行う。なお、電圧Ｖｓ３は、利用者が設定した優先順位に基づいて、電圧Ｖｓ１およびＶｓ２の電圧値より低い電圧である。
第４電圧変換器１０１−４は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、第４電源２０−４が出力した直流電圧Ｖｓ４’を直流電圧Ｖｓ４に変換し、変換した直流電圧Ｖｓ４を、ダイオード１０２−４を介して母線直流バスｐｌに供給する。なお、電圧Ｖｓ４は、利用者が設定した優先順位に基づいて、電圧Ｖｓ１〜Ｖｓ３の電圧値より低い電圧値に設定されている。
第５電圧変換器１０１−５は、ＡＣ−ＤＣ（交流−直流）コンバータであり、第５電源２０−５が出力した交流電圧Ｖｓ５’を直流電圧Ｖｓ５に変換し、変換した直流電圧Ｖｓ５を、ダイオード１０２−５を介して母線直流バスｐｌに供給する。なお、電圧Ｖｓ５は、利用者が設定した優先順位に基づいて、電圧Ｖｓ１〜Ｖｓ４の電圧値より低い電圧値に設定されている。
第６電圧変換器１０３は、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、母線直流バスｐｌから供給された直流の電圧を、予め定められている直流の電圧値の電圧Ｖｌに変換し、変換した電力を負荷３０に出力する。なお、電圧Ｖｌは、例えば電圧Ｖｓ１〜Ｖｓ５の電圧値より低い電圧である。なお、第６電圧変換器１０３は、ＤＣ−ＡＣインバータ（Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）であってもよい。
次に、第ｎ電圧変換器１０１−ｎの構成と動作について、さらに説明する。
図２は、本実施形態に係る第ｎ電圧変換器１０１−ｎの概略構成図である。なお、本実施形態では、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５の構成が同じ例を説明するが、異なっていてもよい。
図２は、本実施形態に係る第ｎ電圧変換器１０１−ｎの概略構成図である。なお、本実施形態では、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５の構成が同じ例を説明するが、異なっていてもよい。
図２に示すように、第ｎ電圧変換器１０１−ｎは、電圧変換部１１１−ｎ、電流検出回路１１２−ｎ、出力電圧制御部１１３−ｎ、および記憶部１１４−ｎを備えている。
記憶部１１４−ｎには、電圧変換器１０１−ｎに対する定格電圧値Ｖｓｎ、第１の過電流制限値Ｉｓｎ、第２の過電流制限値Ｉｓｎ’、定格電圧値Ｖｓｎと第１の過電流制限値Ｉｓｎと第２の過電流制限値Ｉｓｎ’とに基づく、電流値と電圧値との関係が予め記憶されている。なお、本実施形態において、記憶部１１４−ｎに記憶されている電流値と電圧値との関係は、電流の増加に応じて電力が一定のまま電圧が下がっていく関係である。
まず、電圧変換部１１１−ｎは、出力電圧制御部１１３−ｎが出力した定格電圧値Ｖｓｎに応じて、定格電圧値を設定する。電圧変換部１１１−ｎは、第ｎ電源２０−ｎが出力した直流電圧、または交流電圧を、出力電圧制御部１１３−ｎが出力した電圧値の直流電圧に変換し、変換した電圧値を有する電力を電流検出回路１１２−ｎに出力する。なお、電圧変換部１１１−ｎは、電流検出回路１１２−ｎが検出した電流値に応じて出力電圧制御部１１３−ｎが出力した電圧値を有する電力を電流検出回路１１２−ｎに出力する。
電流検出回路１１２−ｎは、電圧変換部１１１−ｎからダイオード１０２−ｎを介して負荷３０に流れる電流値を検出し、検出した電流値を出力電圧制御部１１３−ｎに出力する。また、電流検出回路１１２−ｎは、電圧変換部１１１−ｎが出力した電力を、ダイオード１０２−ｎに出力する。
出力電圧制御部１１３−ｎは、記憶部１１４−ｎに記憶されている定格電圧値Ｖｓｎを読み出し、読み出した定格電圧値Ｖｓｎを電圧変換部１１１−ｎに出力する。また、出力電圧制御部１１３−ｎは、電流検出回路１１２−ｎが検出した電流値に応じて、記憶部１１４−ｎに記憶されている電流値に対する電圧値を用いて、電流検出回路１１２−ｎが出力した電流値に対応する電圧値を読み出し、読み出した電圧値を電圧変換部１１１−ｎに出力する。
次に、複数の電圧変換器の動作について説明する。図３では、第１電圧変換部１１１−１と第２電圧変換部１１１−２とによる２つの電圧変換器の動作について説明する。図３は、本実施形態に係る２つの電圧変換器の動作の一例を説明する図である。図３（ａ）は、第１電圧変換部１１１−１の動作について説明する図である。図３（ｂ）は、第２電圧変換部１１１−２の動作について説明する図である。図３（ｃ）は、第１電圧変換部１１１−１と第２電圧変換部１１１−２とを組み合わせたときの動作について説明する図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）において、横軸は電流、縦軸は電圧を示している。
まず、第１電圧変換部１１１−１が単独で動作する場合について説明する。図３（ａ）の直線２０１のように、電流が０（＝Ｉｓ１０）から第１の過電流制限値Ｉｓ１までの間、第１電圧変換部１１１−１の出力電圧制御部１１３−１は、電流検出回路１１２−１が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ１の定電圧である電力を出力するように第１電圧変換部１１１−１を制御する。
また、図３（ａ）の直線２０２のように、電流が第１の過電流制限値Ｉｓ１から電圧がＶｓ２になるＩｓ１’までの間、出力電圧制御部１１３−１は、電流検出回路１１２−１が検出した電流値に基づいて、電圧がＶｓ１からＶｓ２まで減少する電力を出力するように第１電圧変換部１１１−１を制御する。換言すると、出力電圧制御部１１３−１は、負荷電流が定格電流である第１の過電流制限値がＩｓ１より多くなっても第１電圧変換部１１１−１からの出力を停止させずに、負荷電流の増加に応じて、出力する電圧を徐々に下げていくように第１電圧変換部１１１−１を制御する。
また、図３（ａ）の直線２０３のように、電流がＩｓ１’から電圧がＶｓ３になるＩｓ１’’までの間、出力電圧制御部１１３−１は、電流検出回路１１２−１が検出した電流値に基づいて、電圧がＶｓ２からＶｓ３まで減少する電力を出力するように第１電圧変換部１１１−１を制御する。
さらに、図３（ａ）の直線２０４のように、電圧がＶｓ３であるＩｓ１’’以降、出力電圧制御部１１３−１は、電流検出回路１１２−１が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ３から０まで減少する電力を出力するように第１電圧変換部１１１−１を制御する。
以上のように、第１電圧変換器１０１−１は、定格出力電力のＰｓ１を超えないように維持するようにＶｓ１とＩｓ１が調整されるような上述した垂下特性を有する。
また、図３（ａ）の直線２０２のように、電流が第１の過電流制限値Ｉｓ１から電圧がＶｓ２になるＩｓ１’までの間、出力電圧制御部１１３−１は、電流検出回路１１２−１が検出した電流値に基づいて、電圧がＶｓ１からＶｓ２まで減少する電力を出力するように第１電圧変換部１１１−１を制御する。換言すると、出力電圧制御部１１３−１は、負荷電流が定格電流である第１の過電流制限値がＩｓ１より多くなっても第１電圧変換部１１１−１からの出力を停止させずに、負荷電流の増加に応じて、出力する電圧を徐々に下げていくように第１電圧変換部１１１−１を制御する。
また、図３（ａ）の直線２０３のように、電流がＩｓ１’から電圧がＶｓ３になるＩｓ１’’までの間、出力電圧制御部１１３−１は、電流検出回路１１２−１が検出した電流値に基づいて、電圧がＶｓ２からＶｓ３まで減少する電力を出力するように第１電圧変換部１１１−１を制御する。
さらに、図３（ａ）の直線２０４のように、電圧がＶｓ３であるＩｓ１’’以降、出力電圧制御部１１３−１は、電流検出回路１１２−１が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ３から０まで減少する電力を出力するように第１電圧変換部１１１−１を制御する。
以上のように、第１電圧変換器１０１−１は、定格出力電力のＰｓ１を超えないように維持するようにＶｓ１とＩｓ１が調整されるような上述した垂下特性を有する。
次に、第２電圧変換部１１１−２が単独で動作する場合について説明する。図３（ｂ）の直線２１１のように、電流が０（＝Ｉｓ２０）から第１の過電流制限値Ｉｓ２までの間、第２電圧変換部１１１−２の出力電圧制御部１１３−２は、電流検出回路１１２−２が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ２の定電圧である電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。
また、図３（ｂ）の直線２１２のように、電流が第１の過電流制限値Ｉｓ２から電圧がＶｓ３になるＩｓ２’までの間、出力電圧制御部１１３−２は、電流検出回路１１２−２が検出した電流値に基づいて、電圧がＶｓ２からＶｓ３まで減少する電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。
さらに、図３（ｂ）の直線２１３のように、電圧がＶｓ３であるＩｓ２’以降、出力電圧制御部１１３−２は、電流検出回路１１２−２が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ３から０まで減少する電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。
以上のように、第２電圧変換器１０１−２は、定格出力電力のＰｓ２を超えないように維持するようにＶｓ２とＩｓ２が調整されるような上述した垂下特性を有する。
また、図３（ｂ）の直線２１２のように、電流が第１の過電流制限値Ｉｓ２から電圧がＶｓ３になるＩｓ２’までの間、出力電圧制御部１１３−２は、電流検出回路１１２−２が検出した電流値に基づいて、電圧がＶｓ２からＶｓ３まで減少する電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。
さらに、図３（ｂ）の直線２１３のように、電圧がＶｓ３であるＩｓ２’以降、出力電圧制御部１１３−２は、電流検出回路１１２−２が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ３から０まで減少する電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。
以上のように、第２電圧変換器１０１−２は、定格出力電力のＰｓ２を超えないように維持するようにＶｓ２とＩｓ２が調整されるような上述した垂下特性を有する。
次に、第１電圧変換部１１１−１と第２電圧変換部１１１−２とによる２つの電圧変換器の動作について説明する。
図３（ｃ）の直線２０１及び直線２０２のように、電流値が０からＩｓ１’までの間の動作は、第１電圧変換部１１１−１による動作であり、図３（ａ）の直線２０１と直線２０２と同様である。
図３（ｂ）の直線２１１のように、電流値がＩｓ１’からＩｓ１’＋Ｉｓ２までの間、第１電圧変換部１１１−１と第２電圧変換部１１１−２は、電圧値がＶｓ２の定電圧である電力を出力する。また、図３（ｃ）の符号２３１が示す領域の画像のように、第２電圧変換部１１１−２による電流がＩｓ２０（図３（ｂ）参照）を示す直線２１０は、符号２３１が示す領域の画像の矢印のように直線２０３と２０４に拡張される。
また、図３（ｃ）の直線２２１’のように、電流値がＩｓ１’＋Ｉｓ２以降、第１電圧変換部１１１−１と第２電圧変換部１１１−２は、電圧値がＶｓ２からＶｓ３まで減少する電力を出力する。さらに、図３（ｃ）の直線２２２’のように、電圧値がＶｓ３以降、第１電圧変換部１１１−１と第２電圧変換部１１１−２は、電圧値がＶｓ３から０まで減少する電力を出力する。また、図３（ｃ）の符号２４１が示す領域の画像のように、第１電圧変換部１１１−１と第２電圧変換部１１１−２によって、第２電圧変換部１１１−２における直線２２１は直線２２１’に拡張され、第２電圧変換部１１１−２における直線２２２は直線２２２’に拡張される。
図３（ｃ）の右に示すように、符号２４１が示す領域の画像を拡大すると、この領域は、符号２４１−１が示す領域と、符号２４１−２が示す領域とを有している。符号２４１−１が示す領域は、直線２１２及び２１３が、第１電圧変換部１１１−１によって拡張された領域である。また、符号２４１−２が示す領域は、符号２４１が示す領域の画像の矢印のように直線２１２及び２１３が、第２電圧変換部１１１−２によって拡張された領域である。
この結果、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２は、電流値に応じて、図３（ｃ）の直線２０１、２０２、２１１、２２１’及び２２２’に示した電圧値の電力を母線直流バスｐｌに供給することになる。すなわち、本実施形態では、負荷電流の増加分に応じて、母線直流バスｐｌの電圧値が、下がっていく。
図３（ｃ）の直線２０１及び直線２０２のように、電流値が０からＩｓ１’までの間の動作は、第１電圧変換部１１１−１による動作であり、図３（ａ）の直線２０１と直線２０２と同様である。
図３（ｂ）の直線２１１のように、電流値がＩｓ１’からＩｓ１’＋Ｉｓ２までの間、第１電圧変換部１１１−１と第２電圧変換部１１１−２は、電圧値がＶｓ２の定電圧である電力を出力する。また、図３（ｃ）の符号２３１が示す領域の画像のように、第２電圧変換部１１１−２による電流がＩｓ２０（図３（ｂ）参照）を示す直線２１０は、符号２３１が示す領域の画像の矢印のように直線２０３と２０４に拡張される。
また、図３（ｃ）の直線２２１’のように、電流値がＩｓ１’＋Ｉｓ２以降、第１電圧変換部１１１−１と第２電圧変換部１１１−２は、電圧値がＶｓ２からＶｓ３まで減少する電力を出力する。さらに、図３（ｃ）の直線２２２’のように、電圧値がＶｓ３以降、第１電圧変換部１１１−１と第２電圧変換部１１１−２は、電圧値がＶｓ３から０まで減少する電力を出力する。また、図３（ｃ）の符号２４１が示す領域の画像のように、第１電圧変換部１１１−１と第２電圧変換部１１１−２によって、第２電圧変換部１１１−２における直線２２１は直線２２１’に拡張され、第２電圧変換部１１１−２における直線２２２は直線２２２’に拡張される。
図３（ｃ）の右に示すように、符号２４１が示す領域の画像を拡大すると、この領域は、符号２４１−１が示す領域と、符号２４１−２が示す領域とを有している。符号２４１−１が示す領域は、直線２１２及び２１３が、第１電圧変換部１１１−１によって拡張された領域である。また、符号２４１−２が示す領域は、符号２４１が示す領域の画像の矢印のように直線２１２及び２１３が、第２電圧変換部１１１−２によって拡張された領域である。
この結果、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２は、電流値に応じて、図３（ｃ）の直線２０１、２０２、２１１、２２１’及び２２２’に示した電圧値の電力を母線直流バスｐｌに供給することになる。すなわち、本実施形態では、負荷電流の増加分に応じて、母線直流バスｐｌの電圧値が、下がっていく。
図４は、本実施形態に係る第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５各々の動作の一例を説明する図である。図４において、横軸は電流、縦軸は電圧を示している。
図４の符号３０１〜３０５が示す領域の画像は、それぞれ第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５における負荷電流に対する出力電圧を表している。また、図４における横軸の電流は、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５が１つずつの場合に、負荷３０に流れる電流を表している。
図４の符号３０１〜３０５が示す領域の画像は、それぞれ第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５における負荷電流に対する出力電圧を表している。また、図４における横軸の電流は、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５が１つずつの場合に、負荷３０に流れる電流を表している。
第１電圧変換器１０１−１の記憶部１１４−１には、定格電圧値Ｖｓ１、第１の過電流制限値Ｉｓ１、第２の過電流制限値Ｉｓ１’が予め記憶されている。また、上述したように、第１電圧変換器１０１−１の定格出力電力はＰｓ１である。なお、第１の過電流制限値Ｉｓ１［Ａ］は、Ｐｓ１［Ｗ］／Ｖｓ１［Ｖ］である。
まず、第１電圧変換部１１１−１が単独で動作する場合について説明する。
負荷電流が０から第１の過電流制限値Ｉｓ１までの間、直線３１１のように、出力電圧制御部１１３−１は、電流検出回路１１２−１が検出した電流値に基づいて、定格電圧値がＶｓ１の定電圧である電力を出力するように第１電圧変換部１１１−１を制御する。この負荷電流の範囲における電力Ｐ１［Ｗ］は、Ｖｓ１［Ｖ］×Ｉｓ１［Ａ］、すなわち定格出力電力のＰｓ１［Ｗ］に等しい。
まず、第１電圧変換部１１１−１が単独で動作する場合について説明する。
負荷電流が０から第１の過電流制限値Ｉｓ１までの間、直線３１１のように、出力電圧制御部１１３−１は、電流検出回路１１２−１が検出した電流値に基づいて、定格電圧値がＶｓ１の定電圧である電力を出力するように第１電圧変換部１１１−１を制御する。この負荷電流の範囲における電力Ｐ１［Ｗ］は、Ｖｓ１［Ｖ］×Ｉｓ１［Ａ］、すなわち定格出力電力のＰｓ１［Ｗ］に等しい。
負荷電流がＩｓ１を超えた後、負荷電流が第１の過電流制限値Ｉｓ１から第２の過電流制限値Ｉｓ１’までの間、直線３１２のように、出力電圧制御部１１３−１は、電流検出回路１１２−１が検出した電流値に基づいて、定格電圧値がＶｓ１から電圧Ｖｓ２まで減少する電力を出力するように第１電圧変換部１１１−１を制御する。電流値がＩｓ１’［Ａ］における電力Ｐ１’は、Ｖｓ２［Ｖ］×Ｉｓ１’［Ａ］である。
さらに、直線３１３のように、電圧値がＶｓ２であるＩｓ１’以降、出力電圧制御部１１３−１は、電流検出回路１１２−１が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ２から０まで減少する電力を出力するように第１電圧変換部１１１−１を制御する。また、直線３１３のように、電圧値がＶｓ３のとき電流値がＩｓ１’’、電圧値がＶｓ４のとき電流値がＩｓ１’’’、電圧値がＶｓ５のとき電流値がＩｓ１’’’’である。この電力Ｐ１’が定格出力電力のＰｓ１と等しくなるように、第２電圧変換器１０１−２の定格電圧値Ｖｓ２および第１の過電流制限値Ｉｓ１’とを設計者が予め選択しておくことで、第１電圧変換器１０１−１は、この範囲において、定電力を出力することができる。
さらに、直線３１３のように、電圧値がＶｓ２であるＩｓ１’以降、出力電圧制御部１１３−１は、電流検出回路１１２−１が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ２から０まで減少する電力を出力するように第１電圧変換部１１１−１を制御する。また、直線３１３のように、電圧値がＶｓ３のとき電流値がＩｓ１’’、電圧値がＶｓ４のとき電流値がＩｓ１’’’、電圧値がＶｓ５のとき電流値がＩｓ１’’’’である。この電力Ｐ１’が定格出力電力のＰｓ１と等しくなるように、第２電圧変換器１０１−２の定格電圧値Ｖｓ２および第１の過電流制限値Ｉｓ１’とを設計者が予め選択しておくことで、第１電圧変換器１０１−１は、この範囲において、定電力を出力することができる。
第２電圧変換器１０１−２の記憶部１１４−２には、定格電圧値Ｖｓ２、第１の過電流制限値Ｉｓ２、第２の過電流制限値Ｉｓ２’が予め記憶されている。なお、第１の過電流制限値Ｉｓ２［Ａ］は、Ｐｓ２［Ｗ］／Ｖｓ２［Ｖ］である。
負荷電流が０から第１の過電流制限値Ｉｓ２までの間、直線３２１のように、出力電圧制御部１１３−２は、定格電圧値がＶｓ２の定電圧である電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。負荷電流がＩｓ２を超えた後、負荷電流が第２の過電流制限値Ｉｓ２’までの間、直線３２２のように、出力電圧制御部１１３−２は、定格電圧値がＶｓ２から電圧Ｖｓ３まで減少する電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。電流値がＩｓ２’［Ａ］における電力Ｐ２’は、Ｖｓ３［Ｖ］×Ｉｓ２’［Ａ］である。
さらに、直線３２３のように、電圧値がＶｓ３であるＩｓ２’以降、出力電圧制御部１１３−２は、電流検出回路１１２−２が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ３から０まで減少する電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。また、直線３２３のように、電圧値がＶｓ４のとき電流値がＩｓ２’’、電圧値がＶｓ５のとき電流値がＩｓ２’’’である。この電力Ｐ２’が定格出力電力のＰｓ２と等しくなるように、第３電圧変換器１０１−３の定格電圧値Ｖｓ３および第２の過電流制限値Ｉｓ２’とを設計者が予め選択しておくことで、第２電圧変換器１０１−２は、この範囲において、定電力を出力することができる。
負荷電流が０から第１の過電流制限値Ｉｓ２までの間、直線３２１のように、出力電圧制御部１１３−２は、定格電圧値がＶｓ２の定電圧である電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。負荷電流がＩｓ２を超えた後、負荷電流が第２の過電流制限値Ｉｓ２’までの間、直線３２２のように、出力電圧制御部１１３−２は、定格電圧値がＶｓ２から電圧Ｖｓ３まで減少する電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。電流値がＩｓ２’［Ａ］における電力Ｐ２’は、Ｖｓ３［Ｖ］×Ｉｓ２’［Ａ］である。
さらに、直線３２３のように、電圧値がＶｓ３であるＩｓ２’以降、出力電圧制御部１１３−２は、電流検出回路１１２−２が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ３から０まで減少する電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。また、直線３２３のように、電圧値がＶｓ４のとき電流値がＩｓ２’’、電圧値がＶｓ５のとき電流値がＩｓ２’’’である。この電力Ｐ２’が定格出力電力のＰｓ２と等しくなるように、第３電圧変換器１０１−３の定格電圧値Ｖｓ３および第２の過電流制限値Ｉｓ２’とを設計者が予め選択しておくことで、第２電圧変換器１０１−２は、この範囲において、定電力を出力することができる。
第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａの記憶部１１４−３には、定格電圧値Ｖｓ３、第１の過電流制限値Ｉｓ３、第２の過電流制限値Ｉｓ３’が予め記憶されている。なお、第１の過電流制限値Ｉｓ３［Ａ］は、Ｐｓ３［Ｗ］／Ｖｓ３［Ｖ］である。
負荷電流が０から第１の過電流制限値Ｉｓ３までの間、直線３３１のように、出力電圧制御部１１３−３は、定格電圧値がＶｓ３の定電圧である電力を出力するように電圧変換部１１１−３を制御する。負荷電流がＩｓ３を超えた後、負荷電流が第２の過電流制限値Ｉｓ３’までの間、直線３３２のように、出力電圧制御部１１３−３は、定格電圧値がＶｓ３から電圧Ｖｓ４まで減少する電力を出力するように電圧変換部１１１−３を制御する。電流値がＩｓ３’［Ａ］における電力Ｐ３’は、Ｖｓ４［Ｖ］×Ｉｓ３’［Ａ］である。
さらに、直線３３３のように、電圧値がＶｓ４であるＩｓ３’以降、出力電圧制御部１１３−３は、電流検出回路１１２−３が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ４から０まで減少する電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。また、直線３３３のように、電圧値がＶｓ５のとき電流値がＩｓ３’’である。この電力Ｐ３’が定格出力電力のＰｓ３と等しくなるように、第４電圧変換器１０１−４の定格電圧値Ｖｓ４および第２の過電流制限値Ｉｓ３’とを設計者が予め選択しておくことで、第３電圧変換器１０１−３は、この範囲において、定電力を出力することができる。
負荷電流が０から第１の過電流制限値Ｉｓ３までの間、直線３３１のように、出力電圧制御部１１３−３は、定格電圧値がＶｓ３の定電圧である電力を出力するように電圧変換部１１１−３を制御する。負荷電流がＩｓ３を超えた後、負荷電流が第２の過電流制限値Ｉｓ３’までの間、直線３３２のように、出力電圧制御部１１３−３は、定格電圧値がＶｓ３から電圧Ｖｓ４まで減少する電力を出力するように電圧変換部１１１−３を制御する。電流値がＩｓ３’［Ａ］における電力Ｐ３’は、Ｖｓ４［Ｖ］×Ｉｓ３’［Ａ］である。
さらに、直線３３３のように、電圧値がＶｓ４であるＩｓ３’以降、出力電圧制御部１１３−３は、電流検出回路１１２−３が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ４から０まで減少する電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。また、直線３３３のように、電圧値がＶｓ５のとき電流値がＩｓ３’’である。この電力Ｐ３’が定格出力電力のＰｓ３と等しくなるように、第４電圧変換器１０１−４の定格電圧値Ｖｓ４および第２の過電流制限値Ｉｓ３’とを設計者が予め選択しておくことで、第３電圧変換器１０１−３は、この範囲において、定電力を出力することができる。
第４電圧変換器１０１−４の記憶部１１４−４には、定格電圧値Ｖｓ４、第１の過電流制限値Ｉｓ４、第２の過電流制限値Ｉｓ４’が予め記憶されている。なお、第１の過電流制限値Ｉｓ４［Ａ］は、Ｐｓ４［Ｗ］／Ｖｓ４［Ｖ］である。
負荷電流が０から第１の過電流制限値Ｉｓ４までの間、直線３４１のように、出力電圧制御部１１３−４は、定格電圧値Ｖｓ４の定電圧である電力を出力するように電圧変換部１１１−４を制御する。負荷電流がＩｓ４を超えた後、負荷電流が第２の過電流制限値Ｉｓ４’までの間、直線３４２のように、出力電圧制御部１１３−４は、定格電圧値Ｖｓ４から電圧Ｖｓ５まで減少する電力を出力するように電圧変換部１１１−４を制御する。この範囲における電力Ｐ４’は、Ｖｓ５［Ｖ］×Ｉｓ４’［Ａ］である。
さらに、直線３４３のように、電圧値がＶｓ５であるＩｓ４’以降、出力電圧制御部１１３−４は、電流検出回路１１２−４が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ５から０まで減少する電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。この電力Ｐ４’が定格出力電力のＰｓ４と等しくなるように、第５電圧変換器１０１−５の定格電圧値Ｖｓ５および第２の過電流制限値Ｉｓ４’とを設計者が予め選択しておくことで、第４電圧変換器１０１−４は、この範囲において、定電力を出力することができる。
負荷電流が０から第１の過電流制限値Ｉｓ４までの間、直線３４１のように、出力電圧制御部１１３−４は、定格電圧値Ｖｓ４の定電圧である電力を出力するように電圧変換部１１１−４を制御する。負荷電流がＩｓ４を超えた後、負荷電流が第２の過電流制限値Ｉｓ４’までの間、直線３４２のように、出力電圧制御部１１３−４は、定格電圧値Ｖｓ４から電圧Ｖｓ５まで減少する電力を出力するように電圧変換部１１１−４を制御する。この範囲における電力Ｐ４’は、Ｖｓ５［Ｖ］×Ｉｓ４’［Ａ］である。
さらに、直線３４３のように、電圧値がＶｓ５であるＩｓ４’以降、出力電圧制御部１１３−４は、電流検出回路１１２−４が検出した電流値に基づいて、電圧値がＶｓ５から０まで減少する電力を出力するように第２電圧変換部１１１−２を制御する。この電力Ｐ４’が定格出力電力のＰｓ４と等しくなるように、第５電圧変換器１０１−５の定格電圧値Ｖｓ５および第２の過電流制限値Ｉｓ４’とを設計者が予め選択しておくことで、第４電圧変換器１０１−４は、この範囲において、定電力を出力することができる。
第５電圧変換器１０１−５の記憶部１１４−５には、定格電圧値Ｖｓ５、第１の過電流制限値Ｉｓ５が予め記憶されている。なお、第１の過電流制限値Ｉｓ５［Ａ］は、Ｐｓ５［Ｗ］／Ｖｓ５［Ｖ］である。
負荷電流が０から第１の過電流制限値Ｉｓ５までの間、直線３５１のように、出力電圧制御部１１３−５は、定格電圧値Ｖｓ５の定電圧である電力を出力するように電圧変換部１１１−５を制御する。負荷電流が第１の過電流制限値Ｉｓ５以降、直線３５２のように、出力電圧制御部１１３−５は、定格電圧値Ｖｓ５から電圧値が減少する電力を出力するように電圧変換部１１１−５を制御する。
負荷電流が０から第１の過電流制限値Ｉｓ５までの間、直線３５１のように、出力電圧制御部１１３−５は、定格電圧値Ｖｓ５の定電圧である電力を出力するように電圧変換部１１１−５を制御する。負荷電流が第１の過電流制限値Ｉｓ５以降、直線３５２のように、出力電圧制御部１１３−５は、定格電圧値Ｖｓ５から電圧値が減少する電力を出力するように電圧変換部１１１−５を制御する。
次に、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５によって母線直流バスｐｌに供給される電圧について説明する。
図５は、本実施形態に係る負荷電流に対する母線直流バスｐｌの電圧の変化の一例を説明する図である。図５において、横軸は電流、縦軸は電圧を表している。また、図５における横軸の電流は、母線直流バスｐｌに流れる電流を表している。
また、図５において、電流Ｉ１は、図４の電流Ｉｓ１に相当し、電流Ｉ２は、図４の電流Ｉｓ１’に相当する。電流Ｉ３は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２に相当し、電流Ｉ４は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’に相当する。電流Ｉ５は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’
＋Ｉｓ３に相当し、電流Ｉ６は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’ ＋Ｉｓ３’に相当する。電流Ｉ７は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’ ＋Ｉｓ３’ ＋Ｉｓ４に相当し、電流Ｉ８は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’
＋Ｉｓ３’ ＋Ｉｓ４’に相当する。電流Ｉ９は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’ ＋Ｉｓ３’ ＋Ｉｓ４’＋Ｉｓ５に相当する。
図５は、本実施形態に係る負荷電流に対する母線直流バスｐｌの電圧の変化の一例を説明する図である。図５において、横軸は電流、縦軸は電圧を表している。また、図５における横軸の電流は、母線直流バスｐｌに流れる電流を表している。
また、図５において、電流Ｉ１は、図４の電流Ｉｓ１に相当し、電流Ｉ２は、図４の電流Ｉｓ１’に相当する。電流Ｉ３は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２に相当し、電流Ｉ４は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’に相当する。電流Ｉ５は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’
＋Ｉｓ３に相当し、電流Ｉ６は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’ ＋Ｉｓ３’に相当する。電流Ｉ７は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’ ＋Ｉｓ３’ ＋Ｉｓ４に相当し、電流Ｉ８は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’
＋Ｉｓ３’ ＋Ｉｓ４’に相当する。電流Ｉ９は、図４の電流Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’ ＋Ｉｓ３’ ＋Ｉｓ４’＋Ｉｓ５に相当する。
負荷電流が０からＩ１までの範囲では、直線３１１のように、第１電圧変換器１０１−１から、定電圧Ｖｓ１が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ１からＩ２までの範囲では、直線３１２のように、定電圧Ｖｓ１から電圧Ｖｓ２に下がる電圧が、第１電圧変換器１０１−１から母線直流バスｐｌに供給される。このように、負荷電流が０からＩ２までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１からのみの電力が母線直流バスｐｌに供給され、供給される最大電力はＰｓ１（＝Ｖｓ×Ｉ１）である。この結果、負荷電流が０からＩ２までの範囲では、第１電源２０−１の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ１からＩ２までの範囲では、直線３１２のように、定電圧Ｖｓ１から電圧Ｖｓ２に下がる電圧が、第１電圧変換器１０１−１から母線直流バスｐｌに供給される。このように、負荷電流が０からＩ２までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１からのみの電力が母線直流バスｐｌに供給され、供給される最大電力はＰｓ１（＝Ｖｓ×Ｉ１）である。この結果、負荷電流が０からＩ２までの範囲では、第１電源２０−１の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ２からＩ３までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１からの出力に加えて、直線３２１のように、定電圧Ｖｓ２が、第２電圧変換器１０１−２から母線直流バスｐｌに供給される。このため、動作点Ｐにおいて、母線直流バスｐｌに供給される電圧値はＶｓ２、電流値はＩｓ２ａである。
次に、負荷電流がＩ３からＩ４までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１からの出力に加えて、直線４０２のように、定電圧Ｖｓ２から電圧Ｖｓ３に下がる電圧が、第２電圧変換器１０１−２から母線直流バスｐｌに供給される。この直線４０２は、図３で説明したように、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２とによって、第２電圧変換器１０１−２の直線３２２が拡張される。このように、負荷電流がＩ２からＩ４までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２からの電力が母線直流バスｐｌに供給され、供給される最大電力はＰｓ１＋Ｐｓ２である。この結果、負荷電流がＩ２からＩ４までの範囲では、第１電源２０−１と第２電源２０−２の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ３からＩ４までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１からの出力に加えて、直線４０２のように、定電圧Ｖｓ２から電圧Ｖｓ３に下がる電圧が、第２電圧変換器１０１−２から母線直流バスｐｌに供給される。この直線４０２は、図３で説明したように、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２とによって、第２電圧変換器１０１−２の直線３２２が拡張される。このように、負荷電流がＩ２からＩ４までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２からの電力が母線直流バスｐｌに供給され、供給される最大電力はＰｓ１＋Ｐｓ２である。この結果、負荷電流がＩ２からＩ４までの範囲では、第１電源２０−１と第２電源２０−２の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ４からＩ５までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２からの出力に加えて、直線３３１のように、第３電圧変換器１０１−３から定電圧Ｖｓ３が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ５からＩ６までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２からの出力に加えて、直線４０３のように、定電圧Ｖｓ３から電圧Ｖｓ４に下がる電圧が、第３電圧変換器１０１−３から母線直流バスｐｌに供給される。この直線４０３は、第１電圧変換器１０１−１〜第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａによって、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａの直線３３２が拡張される。このように、負荷電流がＩ４からＩ６までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１〜第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａからの電力が母線直流バスｐｌに供給され、供給される最大電力はＰｓ１＋Ｐｓ２＋Ｐｓ３である。この結果、負荷電流がＩ４からＩ６までの範囲では、第１電源２０−１〜第３電源２０−３の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ５からＩ６までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２からの出力に加えて、直線４０３のように、定電圧Ｖｓ３から電圧Ｖｓ４に下がる電圧が、第３電圧変換器１０１−３から母線直流バスｐｌに供給される。この直線４０３は、第１電圧変換器１０１−１〜第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａによって、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａの直線３３２が拡張される。このように、負荷電流がＩ４からＩ６までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１〜第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａからの電力が母線直流バスｐｌに供給され、供給される最大電力はＰｓ１＋Ｐｓ２＋Ｐｓ３である。この結果、負荷電流がＩ４からＩ６までの範囲では、第１電源２０−１〜第３電源２０−３の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ６からＩ７までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１〜第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａからの出力に加えて、直線３４１のように第４電圧変換器１０１−４から定電圧Ｖｓ４が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ７からＩ８までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１〜第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａからの出力に加えて、直線４０４のように、定電圧Ｖｓ４から電圧Ｖｓ５に下がる電圧が、第４電圧変換器１０１−４から母線直流バスｐｌに供給される。この直線４０４は、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４によって、第４電圧変換器１０１−４の直線３４２が拡張される。このように、負荷電流がＩ６からＩ７までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４からの電力が母線直流バスｐｌに供給され、供給される最大電力はＰｓ１＋Ｐｓ２＋Ｐｓ３＋Ｐｓ４である。この結果、負荷電流がＩ６からＩ７までの範囲では、第１電源２０−１〜第４電源２０−４の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ７からＩ８までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１〜第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａからの出力に加えて、直線４０４のように、定電圧Ｖｓ４から電圧Ｖｓ５に下がる電圧が、第４電圧変換器１０１−４から母線直流バスｐｌに供給される。この直線４０４は、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４によって、第４電圧変換器１０１−４の直線３４２が拡張される。このように、負荷電流がＩ６からＩ７までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４からの電力が母線直流バスｐｌに供給され、供給される最大電力はＰｓ１＋Ｐｓ２＋Ｐｓ３＋Ｐｓ４である。この結果、負荷電流がＩ６からＩ７までの範囲では、第１電源２０−１〜第４電源２０−４の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ８からＩ９までの範囲では、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４からの出力に加えて、直線３５１のように第５電圧変換器１０１−５から定電圧Ｖｓ５が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ９より多い範囲では、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４からの出力に加えて、直線４０５のように、定電圧Ｖｓ５から下がる電圧が、第５電圧変換器１０１−５から母線直流バスｐｌに供給される。この直線４０５は、第１電圧変換器１０１−１〜第５電圧変換器１０１−５によって、第５電圧変換器１０１−５の直線３５２が拡張される。このように、負荷電流がＩ８より多い範囲では、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５から電力が母線直流バスｐｌに供給され、供給される最大電力はＰｓ１＋Ｐｓ２＋Ｐｓ３＋Ｐｓ４＋Ｐｓ５である。この結果、負荷電流がＩ８以上の範囲では、第１電源２０−１〜第５電源２０−５の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスｐｌに供給される。
次に、負荷電流がＩ９より多い範囲では、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４からの出力に加えて、直線４０５のように、定電圧Ｖｓ５から下がる電圧が、第５電圧変換器１０１−５から母線直流バスｐｌに供給される。この直線４０５は、第１電圧変換器１０１−１〜第５電圧変換器１０１−５によって、第５電圧変換器１０１−５の直線３５２が拡張される。このように、負荷電流がＩ８より多い範囲では、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５から電力が母線直流バスｐｌに供給され、供給される最大電力はＰｓ１＋Ｐｓ２＋Ｐｓ３＋Ｐｓ４＋Ｐｓ５である。この結果、負荷電流がＩ８以上の範囲では、第１電源２０−１〜第５電源２０−５の電力が、自律的に選択されて、選択された電力が母線直流バスｐｌに供給される。
図５を用いて、本実施形態の具体例を説明する。
独立電源システム１の利用者によって、第１電源２０−１〜第５電源２０−５に対する優先順位が、第１電源２０−１を１位、第２電源２０−２を２位、第３電源２０−３を３位、第４電源２０−４を４位、第５電源２０−５を５位に選択しているとする。また、第１電源２０−１〜第５電源２０−５の最大出力電圧が３８０Ｗあるとする。この場合、第１電圧変換器１０１−１の記憶部１１４−１には、定格出力電力Ｐｓ１が３８０［Ｗ］、電圧Ｖｓ１が３８０［Ｖ］、第１の過電流制限値Ｉｓ１が１［Ａ］、電圧Ｖｓ２（＝１＋１）が３８０［Ｖ］、第２の過電流制限値Ｉｓ１’が１．０３［Ａ］として記憶されている。
また、第２電圧変換器１０１−２の記憶部１１４−２には、定格出力電力Ｐｓ２が３８０［Ｗ］、電圧Ｖｓ２が３７０［Ｖ］、第１の過電流制限値Ｉｓ２が１．０３［Ａ］、電圧Ｖｓ３（＝２＋１）が３６０［Ｖ］、第２の過電流制限値Ｉｓ２’が１．０６［Ａ］として記憶されている。
また、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａの記憶部１１４−３には、定格出力電力Ｐｓ３が３８０［Ｗ］、電圧Ｖｓ３が３６０［Ｖ］、第１の過電流制限値Ｉｓ３が１．０６［Ａ］、電圧Ｖｓ４（＝３＋１）が３５０［Ｖ］、第２の過電流制限値Ｉｓ３’が１．０９［Ａ］として記憶されている。
また、第４電圧変換器１０１−４の記憶部１１４−４には、定格出力電力Ｐｓ４が３８０［Ｗ］、電圧Ｖｓ４が３５０［Ｖ］、第１の過電流制限値Ｉｓ４が１．０９［Ａ］、電圧Ｖｓ５（＝４＋１）が３４０［Ｖ］、第２の過電流制限値Ｉｓ４’が１．１２［Ａ］として記憶されている。
また、第５電圧変換器１０１−５の記憶部１１４−５には、定格出力電力Ｐｓ５が３８０［Ｗ］、電圧Ｖｓ５が３４０［Ｖ］、第１の過電流制限値Ｉｓ５が１．１２［Ａ］、電圧Ｖｓ６（＝５＋１）が３３０［Ｖ］、第２の過電流制限値Ｉｓ５’が１．１５［Ａ］として記憶されている。
独立電源システム１の利用者によって、第１電源２０−１〜第５電源２０−５に対する優先順位が、第１電源２０−１を１位、第２電源２０−２を２位、第３電源２０−３を３位、第４電源２０−４を４位、第５電源２０−５を５位に選択しているとする。また、第１電源２０−１〜第５電源２０−５の最大出力電圧が３８０Ｗあるとする。この場合、第１電圧変換器１０１−１の記憶部１１４−１には、定格出力電力Ｐｓ１が３８０［Ｗ］、電圧Ｖｓ１が３８０［Ｖ］、第１の過電流制限値Ｉｓ１が１［Ａ］、電圧Ｖｓ２（＝１＋１）が３８０［Ｖ］、第２の過電流制限値Ｉｓ１’が１．０３［Ａ］として記憶されている。
また、第２電圧変換器１０１−２の記憶部１１４−２には、定格出力電力Ｐｓ２が３８０［Ｗ］、電圧Ｖｓ２が３７０［Ｖ］、第１の過電流制限値Ｉｓ２が１．０３［Ａ］、電圧Ｖｓ３（＝２＋１）が３６０［Ｖ］、第２の過電流制限値Ｉｓ２’が１．０６［Ａ］として記憶されている。
また、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａの記憶部１１４−３には、定格出力電力Ｐｓ３が３８０［Ｗ］、電圧Ｖｓ３が３６０［Ｖ］、第１の過電流制限値Ｉｓ３が１．０６［Ａ］、電圧Ｖｓ４（＝３＋１）が３５０［Ｖ］、第２の過電流制限値Ｉｓ３’が１．０９［Ａ］として記憶されている。
また、第４電圧変換器１０１−４の記憶部１１４−４には、定格出力電力Ｐｓ４が３８０［Ｗ］、電圧Ｖｓ４が３５０［Ｖ］、第１の過電流制限値Ｉｓ４が１．０９［Ａ］、電圧Ｖｓ５（＝４＋１）が３４０［Ｖ］、第２の過電流制限値Ｉｓ４’が１．１２［Ａ］として記憶されている。
また、第５電圧変換器１０１−５の記憶部１１４−５には、定格出力電力Ｐｓ５が３８０［Ｗ］、電圧Ｖｓ５が３４０［Ｖ］、第１の過電流制限値Ｉｓ５が１．１２［Ａ］、電圧Ｖｓ６（＝５＋１）が３３０［Ｖ］、第２の過電流制限値Ｉｓ５’が１．１５［Ａ］として記憶されている。
負荷電流が０［Ａ］から１［Ａ］まで、第１電圧変換器１０１−１は、電圧が３８０［Ｖ］の電力を母線直流バスｐｌに供給する。さらに、負荷電流が１［Ａ］を超えた後、約１．０３［Ａ］（＝Ｉｓ１’）まで、第１電圧変換器１０１−１は、電圧を３８０［Ｖ］から３７０［Ｖ］まで下げながら母線直流バスｐｌに供給する。
次に、負荷電流が約１．０３［Ａ］から約２．０６［Ａ］（＝Ｉｓ１’＋Ｉｓ２）まで、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２は、電圧が３７０［Ｖ］の電力を母線直流バスｐｌに供給する。さらに、負荷電流が２．０６［Ａ］を超えた後、約２．０９［Ａ］（＝Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’）まで、第１電圧変換器１０１−１と第２電圧変換器１０１−２は、電圧を３７０［Ｖ］から３６０［Ｖ］まで下げながら母線直流バスｐｌに供給する。
次に、負荷電流が約２．０９［Ａ］から約３．１５［Ａ］（＝Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’＋Ｉｓ３）まで、第１電圧変換器１０１−１〜第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａは、電圧が３６０［Ｖ］の電力を母線直流バスｐｌに供給する。さらに、負荷電流が３．１２［Ａ］を超えた後、約３．１８［Ａ］（＝Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’＋Ｉｓ３’）まで、第１電圧変換器１０１−１〜第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａは、電圧を３６０［Ｖ］から３５０［Ｖ］まで下げながら母線直流バスｐｌに供給する。
次に、負荷電流が約３．１８［Ａ］から約４．２７［Ａ］（＝Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’＋Ｉｓ３’＋Ｉｓ４）まで、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４は、電圧が３５０［Ｖ］の電力を母線直流バスｐｌに供給する。さらに、負荷電流が４．２７［Ａ］を超えた後、約４．３０［Ａ］（＝Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’＋Ｉｓ３’＋Ｉｓ４’）まで、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４は、電圧を３５０［Ｖ］から３４０［Ｖ］まで下げながら母線直流バスｐｌに供給する。
次に、負荷電流が４．３０［Ａ］から約５．４２［Ａ］（＝Ｉｓ１’＋Ｉｓ２’＋Ｉｓ３’＋Ｉｓ４’＋Ｉｓ５）まで、第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５は、電圧が３４０［Ｖ］の電力を母線直流バスｐｌに供給する。さらに、負荷電流が５．４２［Ａ］を超えた後、電第１電圧変換器１０１−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４電圧変換器１０１−４、第５電圧変換器１０１−５は、電圧を３４０［Ｖ］から下げながら母線直流バスｐｌに供給する。
上述した動作によって、負荷電流が０［Ａ］からＩ２［Ａ］の範囲では、第１電源２０−１から供給される電力が自律的に選択されて、母線直流バスｐｌに供給される。同様に、負荷電流がＩ２［Ａ］からＩ４［Ａ］の範囲では、第１電源２０−１と第２電源２０−２から供給される電力が自律的に選択されて、母線直流バスｐｌに供給される。同様に、負荷電流がＩ４［Ａ］からＩ６［Ａ］の範囲では、第１電源２０−１〜第３電源２０−３から供給される電力が自律的に選択されて、母線直流バスｐｌに供給される。同様に、負荷電流がＩ６［Ａ］からＩ８［Ａ］の範囲では、第１電源２０−１〜第４電源２０−４から供給される電力が自律的に選択されて、母線直流バスｐｌに供給される。同様に、負荷電流がＩ８［Ａ］以降では、第１電源２０−１〜第５電源２０−５から供給される電力が自律的に選択されて、母線直流バスｐｌに供給される。
以上のように、本実施形態に係る独立電源システム１は、電力が入力され、入力された電力の電圧値を変換し、電圧値を変換した電力を負荷に供給する少なくとも２つの電圧変換器（第ｎ電圧変換器１０１−ｎ）と、各々の前記電圧変換器（第ｎ電圧変換器１０１−ｎ）について、電圧変換器（第ｎ電圧変換器１０１−ｎ）と負荷３０との間に、当該電圧変換器（第ｎ電圧変換器１０１−ｎ）から当該負荷３０の方向のみに電流が流れるように接続されているダイオード１０２−ｎと、を備え、各々の電圧変換器（第ｎ電圧変換器１０１−ｎ）は、負荷３０に電力を供給する予め決定されている順位に基づいて、異なる最大出力の電圧値が設定され、母線直流バスｐｌに流れる電流値に応じた電圧で、順位で前記負荷に電力を供給する。
また、本実施形態に係る独立電源システム１において、電圧変換器（第ｎ電圧変換器１０１−ｎ）は、各々、入力された電力の電圧値を、出力電圧制御部１１３−ｎが出力する電圧値に基づいて制御する電圧変換部１１１−ｎと、電圧変換部１１１−ｎから負荷に流れる電流値を検出する電流検出部（電流検出回路１１２−ｎ）と、最大出力の電圧値に基づいて設定されている電流値と電圧値との関係に基づいて、電圧変換部１１１−ｎの出力の電圧値を決定し、決定した電圧値を電圧変換部１１１−ｎに出力する出力電圧制御部１１３−ｎと、を備える。
また、本実施形態の独立電源システム１において、電圧変換器（第ｎ電圧変換器１０１−ｎ）はｍ（ｍは、２以上の整数）個であり、第ｎの電圧変換器の出力電圧制御部１１３−ｎは、電流検出部（電流検出回路１１２−ｎ）によって検出された電流値が、第ｎの電圧変換器に対して設定されている最大出力の電圧値に基づく第ｎの電流値を超えた後、負荷３０に供給する電圧を、最大出力の電圧値から、第（ｎ＋１）の電圧変換器に対して設定されている最大出力の電圧値に変化するように電圧変換部を制御し、ｎ＝１からｎ＝ｍまで順次、出力電圧制御部による制御を行う。
また、本実施形態に係る独立電源システム１において、電圧変換器（第ｎ電圧変換器１０１−ｎ）は、各々、入力された電力の電圧値を、出力電圧制御部１１３−ｎが出力する電圧値に基づいて制御する電圧変換部１１１−ｎと、電圧変換部１１１−ｎから負荷に流れる電流値を検出する電流検出部（電流検出回路１１２−ｎ）と、最大出力の電圧値に基づいて設定されている電流値と電圧値との関係に基づいて、電圧変換部１１１−ｎの出力の電圧値を決定し、決定した電圧値を電圧変換部１１１−ｎに出力する出力電圧制御部１１３−ｎと、を備える。
また、本実施形態の独立電源システム１において、電圧変換器（第ｎ電圧変換器１０１−ｎ）はｍ（ｍは、２以上の整数）個であり、第ｎの電圧変換器の出力電圧制御部１１３−ｎは、電流検出部（電流検出回路１１２−ｎ）によって検出された電流値が、第ｎの電圧変換器に対して設定されている最大出力の電圧値に基づく第ｎの電流値を超えた後、負荷３０に供給する電圧を、最大出力の電圧値から、第（ｎ＋１）の電圧変換器に対して設定されている最大出力の電圧値に変化するように電圧変換部を制御し、ｎ＝１からｎ＝ｍまで順次、出力電圧制御部による制御を行う。
この構成により、実施形態に係る独立電源システム１は、制御部１０が自律的に供給される電力を選択することによって、自然エネルギーによって発電された電力を優先的に負荷３０に供給する。自然エネルギーによる電力だけでは負荷３０に供給する電力をまかなえない場合、制御部１０は、蓄電池である第３電源２０−３、および燃料電池である第４電源２０−４からも電力を負荷３０に供給する。さらに、第１電源２０−１〜第４電源２０−４からの電力だけでは、負荷３０に供給する電力が不足する場合、不足分のみを商用電源である第５電源２０−５から負荷３０に供給する。
この結果、本実施形態の独立電源システム１によれば、負荷３０の消費電力に合わせて、外部から制御することなく、利用者が望む優先順位で複数の電源２０からの電力を、自律的に選択して負荷３０に供給することができる。
なお、本実施形態では、第１電源２０−１〜第５電源２０−５が、制御部１０に直接、電力を出力する例を説明したが、これに限られない。
図６は、本実施形態に係る他の独立電源システム１Ａの概略構成図である。図６に示すように、独立電源システム１Ａは、制御部１０Ａ、第１電源２０−１、第２電源２０−２、第３電源２０Ａ−３、第４電源２０Ａ−４、第５電源２０−５、ＭＰＰＴ制御部４１１、ＭＰＰＴ制御部４１２、充放電制御部４０Ａ、充放電制御部４２Ａ、受電装置４１５、ＥＭＳ（エネルギー・マネージメント・システム）４２０、および記憶部４２１を備えている。なお、図１で説明した独立電源システム１と同じ機能を有する機能部には、同じ符号を用いて説明を省略する。
図６は、本実施形態に係る他の独立電源システム１Ａの概略構成図である。図６に示すように、独立電源システム１Ａは、制御部１０Ａ、第１電源２０−１、第２電源２０−２、第３電源２０Ａ−３、第４電源２０Ａ−４、第５電源２０−５、ＭＰＰＴ制御部４１１、ＭＰＰＴ制御部４１２、充放電制御部４０Ａ、充放電制御部４２Ａ、受電装置４１５、ＥＭＳ（エネルギー・マネージメント・システム）４２０、および記憶部４２１を備えている。なお、図１で説明した独立電源システム１と同じ機能を有する機能部には、同じ符号を用いて説明を省略する。
記憶部４２１には、第１電圧変換器１０１Ａ−１、第２電圧変換器１０１Ａ−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４Ａ電圧変換器１０１−４Ａ、第５電圧変換器１０１Ａ−５に対する、それぞれの定格電圧値Ｖｓ１〜Ｖｓ５が予め記憶されている。
ＭＰＰＴ制御部４１１は、第１電源２０−１が発電する電力および電圧Ｖｓ１を、ＥＭＳ４２０の制御に応じて、最適な動作点（以下、最適動作点という）になるように制御し、制御した電圧Ｖｓ１の電力を制御部１０Ａに出力する。
ＭＰＰＴ制御部４１２は、第２電源２０−２が発電する電力および電圧Ｖｓ２を、ＥＭＳ４２０の制御に応じて、最適動作点になるように制御し、制御した電圧Ｖｓ２の電力を制御部１０Ａに出力する。ここで、電圧Ｖｓ２は、電圧Ｖｓ１の電圧値より低い電圧である。
なお、ＭＰＰＴ制御部４１１およびＭＰＰＴ制御部４１２は、例えば、電流センサ、バッテリ、電圧監視部、スイッチング素子等を含む充放電を制御するコントローラを含んで構成されている。
ＭＰＰＴ制御部４１１は、第１電源２０−１が発電する電力および電圧Ｖｓ１を、ＥＭＳ４２０の制御に応じて、最適な動作点（以下、最適動作点という）になるように制御し、制御した電圧Ｖｓ１の電力を制御部１０Ａに出力する。
ＭＰＰＴ制御部４１２は、第２電源２０−２が発電する電力および電圧Ｖｓ２を、ＥＭＳ４２０の制御に応じて、最適動作点になるように制御し、制御した電圧Ｖｓ２の電力を制御部１０Ａに出力する。ここで、電圧Ｖｓ２は、電圧Ｖｓ１の電圧値より低い電圧である。
なお、ＭＰＰＴ制御部４１１およびＭＰＰＴ制御部４１２は、例えば、電流センサ、バッテリ、電圧監視部、スイッチング素子等を含む充放電を制御するコントローラを含んで構成されている。
第３電源２０−３は、蓄電池である。第３電源２０−３は、充放電制御部４０Ａによって充電される。第３電源２０−３は、充電された電力を充放電制御部４０Ａに出力する。
第４電源２０−４は、蓄電池である。第４電源２０−４は、充放電制御部４２Ａによって充電される。第４電源２０−４は、充電された電力を充放電制御部４２Ａに出力する。
第４電源２０−４は、蓄電池である。第４電源２０−４は、充放電制御部４２Ａによって充電される。第４電源２０−４は、充電された電力を充放電制御部４２Ａに出力する。
充放電制御部４０Ａは、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂ、ダイオード１０２−３Ａ、１０２−３Ｂ、及び制御部４１Ａを備えている。なお、図１の充放電制御部４０と同じ機能を有する機能部には同じ符号を用いて、説明を省略する。
制御部４１Ａは、制御部４１と同様に、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａおよび第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂを制御する。さらに、制御部４１Ａは、ＥＭＳ４２０の制御に応じて第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａによって第３電源２０Ａ−３の電力を母線直流バスＰｌに供給させるか否かを制御する。また、制御部４１Ａは、ＥＭＳ４２０の制御に応じて第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂによって母線直流バスＰｌからの電力を第３電源２０Ａ−３に充電させるか否かを制御する。
制御部４１Ａは、制御部４１と同様に、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａおよび第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂを制御する。さらに、制御部４１Ａは、ＥＭＳ４２０の制御に応じて第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａによって第３電源２０Ａ−３の電力を母線直流バスＰｌに供給させるか否かを制御する。また、制御部４１Ａは、ＥＭＳ４２０の制御に応じて第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂによって母線直流バスＰｌからの電力を第３電源２０Ａ−３に充電させるか否かを制御する。
充放電制御部４２Ａは、第４Ａ電圧変換器１０１−４Ａ、第４Ｂ電圧変換器１０１−４Ｂ、ダイオード１０２−４Ａ、１０２−４Ｂ、及び制御部４３Ａを備えている。第４Ａ電圧変換器１０１−４Ａは、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａに対応し、第４Ｂ電圧変換器１０１−４Ｂは、第３Ｂ電圧変換器１０１−３Ｂに対応し、ダイオード１０２−４Ａは、ダイオード１０２−３Ａに対応し、ダイオード１０２−４Ｂは、ダイオード１０２−３Ｂに対応する。
制御部４３Ａは、制御部４１Ａと同様に、第４Ａ電圧変換器１０１−４Ａおよび第４Ｂ電圧変換器１０１−４Ｂを制御する。さらに、制御部４３Ａは、ＥＭＳ４２０の制御に応じて第４Ａ電圧変換器１０１−４Ａによって第４電源２０Ａ−４の電力を母線直流バスＰｌに供給させるか否かを制御する。また、制御部４３Ａは、ＥＭＳ４２０の制御に応じて第４Ｂ電圧変換器１０１−４Ｂによって母線直流バスＰｌからの電力を第４電源２０Ａ−４に充電させるか否かを制御する。
制御部４３Ａは、制御部４１Ａと同様に、第４Ａ電圧変換器１０１−４Ａおよび第４Ｂ電圧変換器１０１−４Ｂを制御する。さらに、制御部４３Ａは、ＥＭＳ４２０の制御に応じて第４Ａ電圧変換器１０１−４Ａによって第４電源２０Ａ−４の電力を母線直流バスＰｌに供給させるか否かを制御する。また、制御部４３Ａは、ＥＭＳ４２０の制御に応じて第４Ｂ電圧変換器１０１−４Ｂによって母線直流バスＰｌからの電力を第４電源２０Ａ−４に充電させるか否かを制御する。
受電装置４１５は、ＥＭＳ４２０の制御に応じて、第５電源２０−５が出力した電力を受電し、受電した電力を制御部１０に出力する。
ＥＭＳ４２０は、記憶部４２１に記憶されている定格電圧値Ｖｓ１を読み出し、読み出した定格電圧値Ｖｓ１を制御部１０Ａの第１電圧変換器１０１Ａ−１に出力する。以下同様に、ＥＭＳ４２０は、記憶部４２１に記憶されている定格電圧値Ｖｓ２〜Ｖｓ５を読み出し、読み出した定格電圧値Ｖｓ２〜Ｖｓ５を、対応する第２電圧変換器１０１Ａ、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４Ａ電圧変換器１０１−４Ａ、２〜第５電圧変換器１０１Ａ−５に出力する。また、ＥＭＳ４２０は、ＭＰＰＴ制御部４１１、ＭＰＰＴ制御部４１２、充放電制御部４０Ａ、充放電制御部４２Ａ、受電装置４１５、第１電圧変換器１０１Ａ−１、第２電圧変換器１０１−２、第５電圧変換器１０１Ａ−５を制御する。なお、第１電圧変換器１０１Ａ−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４Ａ電圧変換器１０１−４Ａ、第５電圧変換器１０１Ａ−５各々の定格出力電力はＰｓ１〜Ｐｓ５である。
ＥＭＳ４２０は、記憶部４２１に記憶されている定格電圧値Ｖｓ１を読み出し、読み出した定格電圧値Ｖｓ１を制御部１０Ａの第１電圧変換器１０１Ａ−１に出力する。以下同様に、ＥＭＳ４２０は、記憶部４２１に記憶されている定格電圧値Ｖｓ２〜Ｖｓ５を読み出し、読み出した定格電圧値Ｖｓ２〜Ｖｓ５を、対応する第２電圧変換器１０１Ａ、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４Ａ電圧変換器１０１−４Ａ、２〜第５電圧変換器１０１Ａ−５に出力する。また、ＥＭＳ４２０は、ＭＰＰＴ制御部４１１、ＭＰＰＴ制御部４１２、充放電制御部４０Ａ、充放電制御部４２Ａ、受電装置４１５、第１電圧変換器１０１Ａ−１、第２電圧変換器１０１−２、第５電圧変換器１０１Ａ−５を制御する。なお、第１電圧変換器１０１Ａ−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４Ａ電圧変換器１０１−４Ａ、第５電圧変換器１０１Ａ−５各々の定格出力電力はＰｓ１〜Ｐｓ５である。
図６に示した独立電源システム１Ａでは、ＥＭＳ４２０が、利用者によって予め選択された優先順位に基づく定格電圧値Ｖｓ１〜Ｖｓ５を記憶部４２１から読み出し、読み出した定格電圧を対応する第１電圧変換器１０１Ａ−１、第２電圧変換器１０１−２、第３Ａ電圧変換器１０１−３Ａ、第４Ａ電圧変換器１０１−４Ａ、第５電圧変換器１０１Ａ−５に出力する。これにより、本実施形態の独立電源システム１Ａは、独立電源システム１と同様に、第１電源２０Ａ−１〜第５電源２０Ａ−５が出力する電力を自律的に選択して負荷３０に供給することができる。
なお、本実施形態では、図１および図６において、負荷３０が１つの場合を説明したが、これに限られず、負荷は２つ以上であってもよい。図１の例では、このように負荷が２つ以上であっても、負荷の消費電力に合わせて、予め制御部１０の第１電圧変換器１０１−１〜第５電圧変換器１０１−５を、それぞれ図４に示したような複数の負荷の消費電流に対応する出力電圧になるように制御することで、外部から制御することなく、自律的に負荷に供給する電源を選択することができる。あるいは、図６の例では、このように負荷が２つ以上であっても、負荷の消費電力に合わせて、予め制御部１０Ａの第１電圧変換器１０１Ａ−１〜第５電圧変換器１０１Ａ−５を、それぞれ図４に示したような複数の負荷の消費電流に対応する出力電圧になるように制御することで、外部から制御することなく、自律的に負荷に供給する電源を選択することができる。
また、本実施形態において、図１に示した独立電源システム１では、第１電源２０−１として風力発電機、第２電源２０−２として太陽光発電機、第３電源２０−３として蓄電池、第４電源２０−４として燃料電池、および第５電源２０−５として商用電源の例を説明したが、これに限られない。また、図６に示した独立電源システム１Ａでは、第１電源２０−１として風力発電機、第２電源２０−２として太陽光発電機、第３電源２０−３として蓄電池、第４電源２０−４として蓄電池、および第５電源２０−５として商用電源の例を説明したが、これに限られない。第１電源２０−１〜第５電源２０−５（または、第１電源２０Ａ−１〜第５電源２０Ａ−５）の電源２０は、独立電源システム１（または１Ａ）の使用される環境に応じて、他の電源、例えば地熱発電機、水力発電機等であってもよい。また、本実施形態では、各電源２０から供給される電力を負荷３０に供給する優先順位の例として、第１電源２０−１から第５電源２０−５の順である例を説明したが、優先順位はこれに限られない。独立電源システム１（または１Ａ）の使用される環境に応じて、他の順位、例えば、第２電源２０−２を１位、第１電源２０−１を２位、第４電源２０−４を３位、第３電源２０−３を４位、第５電源２０−５を５位であってもよい。
なお、制御部１０の一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
１、１Ａ…独立電源システム、１０、１０Ａ…制御部、２０…電源、２０−１…第１電源、２０−２…第２電源、２０−３、２０Ａ−３…第３電源、２０−４、２０Ａ−４…第４電源、２０−５…第５電源、３０…負荷、４０、４０Ａ、４２Ａ…充放電制御部、４１、４１Ａ、４３Ａ…制御部、１０１−ｎ、１０１Ａ−ｎ、１０１−１〜１０１−５、…第１電圧変換器〜第５電圧変換器、１０１Ａ−１…第１電圧変換器、１０１Ａ−２…第２電圧変換器、１０１−３Ａ…第３Ａ電圧変換器、１０１−３Ｂ…第３Ｂ電圧変換器、１０１−４Ａ…第４Ａ電圧変換器、１０１−４Ｂ…第４Ｂ電圧変換器、１０１Ａ−５…第５電圧変換器、１０２−ｎ、１０２−１〜１０２−５、１０２−３Ａ、１０２−３Ｂ、１０２−４Ａ、１０２−４Ｂ…ダイオード、１０３…第６電圧変換器、１１１−ｎ…電圧変換部、１１２−ｎ…電流検出回路、１１３−ｎ…出力電圧制御部、１１４−ｎ…記憶部、４１１、４１２…ＭＰＰＴ制御部、４０、４１５…受電装置、４２０…ＥＭＳ、４２１…記憶部、ｐｌ…母線直流バス
Claims (2)
- 電力が入力され、入力された電力の電圧値を変換し、電圧値を変換した電力を負荷に供給する少なくとも２つの電圧変換器と、
各々の前記電圧変換器について、前記電圧変換器と前記負荷との間に、当該電圧変換器から当該負荷の方向のみに電流が流れるように接続されているダイオードと、を備え、
各々の前記電圧変換器は、
前記負荷に電力を供給する予め決定されている順位に基づいて、異なる最大出力の電圧値が設定され、
前記負荷に流れる電流値に応じた電圧で、前記順位で前記負荷に電力を供給する
ことを特徴とする独立電源システムであって、
前記電圧変換器は、各々、
入力された電力の電圧値を、出力電圧制御部が出力する電圧値に基づいて制御する電圧変換部と、
前記電圧変換部から負荷に流れる電流値を検出する電流検出部と、
前記最大出力の電圧値に基づいて設定されている前記電流値と電圧値との関係に基づいて、前記電圧変換部の出力の電圧値を決定し、決定した電圧値を前記電圧変換部に出力する前記出力電圧制御部と、
を備え、
第ｎ（ｎは１以上の整数）の前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値は、第（ｎ＋１）の前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値より大きく、
前記電圧変換器はｍ（ｍは、３以上の整数）個であり、
前記ｍ個の電圧変換器のうち第１の電圧変換器および第２の電圧変換器は、自然エネルギーによる電力が入力され、入力された電力の電圧値を変換し、電圧値を変換した電力を負荷に供給する電圧変換器であり、
前記ｍ個の電圧変換器のうち第ｎの前記電圧変換器の出力電圧制御部は、各々、第ｎの前記電流検出部によって検出された電流値が、第ｎの前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値に基づく第ｎの電流値を超えた後、前記負荷に供給する電圧を、前記最大出力の電圧値から、第（ｎ＋１）の前記電圧変換器に対して設定されている前記最大出力の電圧値に変化するように第ｎの前記電圧変換部を制御し、
前記ｍ個の電圧変換器は、ｎ＝１からｎ＝ｍまで順次、前記ｍ個の電圧変換器のうち第ｎの前記電圧変換器の前記出力電圧制御部による前記制御を行う
ことを特徴とする独立電源システム。 - 前記電流値が、前記第ｎの電流値より多い予め設定されている第（ｎ＋１）の電流値を超えた後、前記順位に応じて、前記第ｎの電圧変換器からの電力に加えて、前記第（ｎ＋１）の電圧変換器からも電力を前記負荷に供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の独立電源システム。
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