JP7034008B2

JP7034008B2 - 電力変換装置および直流給電システム

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Publication number: JP7034008B2
Application number: JP2018099691A
Authority: JP
Inventors: 和輝那谷; 正裕石原; 利康樋熊; 正明矢部; 吉秋小泉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2038-05-24
Also published as: JP2019205287A

Description

本発明は、入力された電力を所望の直流電力に変換する電力変換装置および直流給電システムに関する。

近年、太陽光発電システム、風力発電システムなど、再生可能エネルギーを利用した発電方式が普及しており、これらの発電システムを導入する家庭も増加している。商用系統から家庭内の負荷に対する給電が交流方式の場合、太陽光発電で得られる直流電力を家庭内で利用できるようにするためには、直流電力を商用系統から給電される交流電力と同じ周波数の交流電力に変換する必要がある。また、風力発電で得られる交流電力を家庭内で利用できるようにするためには、交流電力を直流電力に変換し、商用系統から給電される交流電力と同じ周波数の交流電力に再度変換する必要がある。また、家庭内に設けられる負荷である各種機器は、系統から供給される交流電力を内部で直流に変換して利用している。

ここで、電力を変換する際には電力損失が生じるため、再生可能エネルギーを利用した発電方式で得られる電力に対して電力変換を実施する回数を削減し、電力の損失を抑制することが可能な直流給電システムが提唱されている（例えば、特許文献１参照）。直流給電システムでは、商用の交流系統を一括で直流に変換してから家庭内の各機器に給電する。直流給電システムの場合、太陽光発電で得られる電力を利用する際に直流から交流に変換する必要が無くなり、また、風力発電を利用する際に、交流から直流に変換後に交流に再変換する必要が無くなる。

特許第５３４２５９８号公報

しかしながら、直流給電システムに商用系統以外の電源が接続されていない状態のときに停電が発生した場合、各機器への給電電圧の落ち込みが、交流電圧を各機器に供給する構成の場合と比較して急峻である。そのため、停電を検出した場合にその時点の機器の状態を記憶するといったバックアップ動作を必要とする機器が、停電発生時にバックアップ動作を完了させることが難しくなるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、停電発生時に必要な処理を機器が行うための時間を拡大することが可能な電力変換装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電力変換装置は、給電線に出力する直流電圧を生成する電圧生成回路と、電圧生成回路に接続された電源の停電を検出する停電検出回路と、電圧生成回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、給電線への出力電流を制限する制限抵抗とを備える。また、電力変換装置は、給電線への出力電流の経路である電流経路を切り替えるスイッチ回路と、停電検出回路が停電を検出した場合に電流経路が制限抵抗を含み、停電検出回路が停電を検出しない場合には電流経路が制限抵抗を含まないようスイッチ回路を制御するとともに、停電検出回路が停電を検出した場合に給電線に接続される機器に停電発生を通知する制御部と、を備える。

本発明によれば、停電発生時に必要な処理を機器が行うための時間を拡大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にかかる電力変換装置を含んで構成される直流給電システムの構成例を示す図実施の形態１にかかる電力変換装置の構成例を示す図図２に示した直流電圧Ｖｉｎと供給電圧Ｖｏｕｔとの関係の一例を示す図実施の形態１にかかる直流給電システムの動作の一例を示すフローチャート実施の形態１にかかる電力変換装置が備える制御部のハードウェア構成の一例を示す図本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置を含んで構成される直流給電システムの構成例を示す図本発明の実施の形態３にかかる直流給電システムの動作の一例を示すフローチャート本発明の実施の形態４にかかる電力変換装置を含んで構成される直流給電システムの構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる電力変換装置および直流給電システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置を含んで構成される直流給電システムの構成例を示す図である。

実施の形態１にかかる直流給電システム１００は、交流電源である商用交流系統３に接続され、交流電圧を３８０Ｖ～４００Ｖの直流電圧に変換して給電線に出力するＡＣＤＣ（Alternating Current to Direct Current）変換器１を含んで構成される。ＡＣＤＣ変換器１が実施の形態１にかかる電力変換装置である。図１においては実線が給電線を示している。ＡＣＤＣ変換器１が直流電圧を出力する給電線には、直流電力を消費する負荷である機器２が接続される。図１に示した２台の機器２は、異なる種類の機器であってもよいし同じ種類の機器であってもよい。同じ種類の機器とは、機器の構成および有する機能が同じ機器である。ＡＣＤＣ変換器１および各機器２は、破線で示した通信線に接続され、ＡＣＤＣ変換器１と各機器２は通信を行うことができる。

機器２は、停電の発生を周囲環境に報知する報知手段を備え、停電時にＡＣＤＣ変換器１からの指令に従い、バックアップ動作、停電報知動作など、予め定められた停電時動作を行う。機器２が行う停電時動作は機器２ごとに異なる。

なお、直流給電システム１００には太陽光発電システムなどの電源を接続することが可能であるが、本実施の形態では、商用交流系統３以外の電源は接続されていない状態であるものとする。

ここで、ＡＣＤＣ変換器１の出力電圧は、機器２が必要とする給電電圧であればよく、上述した３８０Ｖ～４００Ｖに限定するものではない。また、ＡＣＤＣ変換器１と各機器２とが通信するための通信線は、ＡＣＤＣ変換器１と各機器２との間の通信を実現可能なものであればよく、有線であっても無線であってもよい。また、電力線搬送通信など、直流電圧に重畳して通信可能な通信方式を利用する場合は、給電線を通信線としてもよい。また、給電線に接続される機器２を２台に限定するものではなく、１台または３台以上であってもよい。

図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置であるＡＣＤＣ変換器１の構成例を示す図である。

ＡＣＤＣ変換器１は、商用交流系統３から入力される交流電圧を直流電圧に整流するダイオードブリッジである整流回路１１と、整流回路１１から出力される直流電圧Ｖｉｎを平滑化する平滑コンデンサＣ１と、整流回路１１から出力される直流電圧Ｖｉｎを給電線に接続された機器２が必要とする電圧である供給電圧まで昇圧する昇圧回路１２と、昇圧回路１２が昇圧した電圧を平滑化して供給電圧Ｖｏｕｔを生成する平滑コンデンサＣ２と、を備える。ＡＣＤＣ変換器１は、さらに、整流回路１１から出力される直流電圧Ｖｉｎを監視し、直流電圧Ｖｉｎが一定値未満となった場合に停電信号を出力する停電検出回路１３と、電流経路の切り替えを行うスイッチ回路ＳＷと、機器２が接続された給電線への出力電流を制限する制限抵抗Ｒ１と、を備える。ＡＣＤＣ変換器１は、さらに、昇圧回路１２の昇圧制御を行うとともに、停電検出回路１３が停電を検出した場合にスイッチ回路ＳＷの切り替え制御を行う制御部１４を備える。制御部１４は、通信線に接続され、機器２と通信を行う通信部１５を含んでいる。なお、平滑コンデンサＣ１を省略した構成であってもよい。

図２に示したＡＣＤＣ変換器１において、整流回路１１、平滑コンデンサＣ１および昇圧回路１２は、電圧生成回路を形成し、商用交流系統３から供給される電力を変換して給電線に出力する直流電力を生成する。

昇圧回路１２は、リアクトルＬ１、ダイオードＤ１、トランジスタＱ１および抵抗Ｒ２で構成される。制御部１４が昇圧回路１２のトランジスタＱ１をスイッチング制御することにより、昇圧回路１２へ入力された直流電圧が所望の直流電圧に変換される。昇圧回路１２の構成および動作は一般的な昇圧回路と同様であるため、詳細説明については省略する。

停電検出回路１３は、抵抗Ｒ３～Ｒ７、フォトカプラＰＣ１およびコンパレータＣｏｍｐ１で構成される。フォトカプラＰＣ１には整流回路１１で生成される直流電圧Ｖｉｎが入力される。フォトカプラＰＣ１を構成するフォトトランジスタは、商用交流系統３から電力が供給されている場合はオン状態となり、商用交流系統３が停電した場合はオフ状態となる。抵抗Ｒ３～Ｒ５は、コンパレータＣｏｍｐ１の非反転入力端子（＋）および反転入力端子（－）への入力電圧を生成するために設けられている。抵抗Ｒ３～Ｒ５の定数は、停電検出回路１３が停電を検出することができる値に設定されている。具体的には、フォトカプラＰＣ１を構成するフォトトランジスタがオン状態のときにコンパレータＣｏｍｐ１の非反転入力端子（＋）への入力電圧が反転入力端子（－）への入力電圧よりも低い状態となり、上記フォトトランジスタがオフ状態のときにコンパレータＣｏｍｐ１の非反転入力端子（＋）への入力電圧が反転入力端子（－）への入力電圧よりも高い状態となる値に抵抗Ｒ３～Ｒ５の定数が設定されている。したがって、商用交流系統３が停電してフォトカプラＰＣ１に入力される直流電圧Ｖｉｎが減少し、ある一定の値まで下がるとコンパレータＣｏｍｐ１の非反転入力端子（＋）への入力電圧が反転入力端子（－）への入力電圧よりも高い状態に変化し、コンパレータＣｏｍｐ１から停電検出を示す値の信号、具体的にはＨｉｇｈレベルの信号が出力される。制御部１４は、停電検出回路１３からの入力信号がＬｏｗレベルの場合は停電が発生しておらず、停電検出回路１３からの入力信号がＨｉｇｈレベルの場合は停電が発生していると判断する。

制御部１４は、停電検出回路１３が停電を検出した場合、すなわち、停電検出回路１３からの入力信号がＨｉｇｈレベルの場合、電流経路が制限抵抗Ｒ１を含み、停電検出回路１３が停電を検出していない場合には電流経路が制限抵抗Ｒ１を含まないようにスイッチ回路ＳＷを制御する。なお、図示を省略しているが、制御部１４は、蓄電池等の電源を内部に有し、商用交流系統３が停電した場合でも動作を継続可能に構成されている。また、制御部１４は、商用交流系統３が停電していない状態の場合、整流回路１１の出力電圧に基づいて動作電圧を生成する電源回路（図示せず）から電力の供給を受けて動作を行う。電源回路は制御部１４の内部に設けられていてもよい。

ここで、ＡＣＤＣ変換器１の昇圧回路１２および停電検出回路１３の回路構成は、本実施の形態で説明する昇圧回路１２および停電検出回路１３の機能を実現可能なものであればよく、回路構成および使用する部品を図２に示したものに限定するものではない。

また、停電検出回路１３は、停電を検出できればよく、整流回路１１の１次側に停電検出回路１３と同様の機能を実現可能な回路を接続し、この回路が整流回路１１への交流入力を監視することにより停電を検出してもよい。

また、昇圧回路１２は、整流回路１１の直流出力電圧と機器２が必要とする供給電圧とが同等である場合はなくてもよい。また、ＡＣＤＣ変換器１は、機器２と通信を行う機能を有していればよく、通信部１５が制御部１４の外部に設けられていてもよい。

続いて、停電発生時のＡＣＤＣ変換器１の動作について図３を用いて説明する。図３は、図２に示した直流電圧Ｖｉｎと供給電圧Ｖｏｕｔとの関係の一例を示す図である。図３では、停電発生時の直流電圧Ｖｉｎと供給電圧Ｖｏｕｔとの関係を示している。図３において、Ｔ１は商用交流系統３の停電発生時刻を示し、Ｔ２はＡＣＤＣ変換器１が停電を検出する時刻を示し、Ｔ３は供給電圧Ｖｏｕｔが機器２の動作可能な電圧の下限値となる時刻を示し、Ｔ４は商用交流系統３が復電した時刻を示す。

時刻Ｔ１において商用交流系統３の停電が発生すると、停電検出回路１３が時刻Ｔ２において停電を検出し、制御部１４に停電検出信号を出力する。停電検出信号とは停電状態であることを示す信号であり、上述したＨｉｇｈレベルの信号である。図２に示した構成の停電検出回路１３の場合、停電中は停電検出信号を継続的に出力するが、停電検出回路１３の構成は、停電検出時にのみ、単発または複数のパルス信号を停電検出信号として出力する構成であってもよい。

停電検出信号を受け取った制御部１４は、スイッチ回路ＳＷを制限抵抗Ｒ１が接続されている経路側に切り替え、電流経路に制限抵抗Ｒ１が含まれるようにする。電流経路に制限抵抗Ｒ１が含まれるようになると、制限抵抗Ｒ１とスイッチ回路ＳＷ前段の平滑コンデンサＣ２とがフィルタ回路を形成することになる。その結果、供給電圧Ｖｏｕｔの落ち込みが、直流電圧Ｖｉｎと比較して緩やかになる。また、制御部１４は、停電検出信号を受け取ると、通信部１５経由で各機器２に停電が発生したことを通知する。機器２は、ＡＣＤＣ変換器１から停電発生の通知を受けると、停電検出時に実行する動作として予め定められている動作を実行する。以下、停電検出時に実行する動作として予め定められている動作を停電時動作と称する。停電時動作の内容については後述する。

ここで、制御部１４が機器２に行う停電が発生したことの通知は、停電検出時にのみ一度だけ機器２に行ってもよいし、例えば１秒毎など所定のタイミングで複数回通知を行ってもよい。また、通知対象は機器２に限定されず、例えば、機器２に加えて、停電発生を報知する機能を有する装置に対して通知を行うようにしてもよい。停電発生を報知する機能を有する装置の例は、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末などである。

制御部１４は、時刻Ｔ４において商用交流系統３が復電すると、すなわち、停電検出回路１３から復電を示す信号が入力されると、スイッチ回路ＳＷを制限抵抗Ｒ１が接続されていない経路側に切り替え、電流経路に制限抵抗Ｒ１が含まれないようにする。停電検出回路１３から入力される復電を示す信号とは、上述したＬｏｗレベルの信号である。

ここで、制御部１４は、復電が検出された時刻Ｔ４の時点でスイッチ回路ＳＷを即座に切り替えてもよいし、平滑コンデンサＣ２および機器２への突入電流の増大を防止するために、予め定められた一定時間が経過したタイミングで切り替える、または、短時間で複数回スイッチ回路ＳＷの出力先を切り替えるようにしてもよい。

以上のように、ＡＣＤＣ変換器１は、停電検出回路１３で停電を検出した場合に、スイッチ回路ＳＷの出力先を切り替えて電流経路に制限抵抗Ｒ１が含まれるようにする。これにより、平滑コンデンサＣ２および制限抵抗Ｒ１で構成されるフィルタ回路の時定数により、供給電圧Ｖｏｕｔが滑らかに立ち下がるようになる。この結果、停電が発生してから機器２が動作できる最低稼動電圧に到達する時刻Ｔ３までの時間ΔＴを長くすることができ、機器２が停電時動作を行うための時間を長く確保できる。

また、ＡＣＤＣ変換器１は、定常時および復電時には、電流経路を制限抵抗Ｒ１が含まれない経路に切り替えるため、停電が発生していない時に制限抵抗Ｒ１で電力が消費されるのを防ぐことができる。

また、停電検出回路１３が停電を検出するための閾値、具体的には、フォトカプラＰＣ１を構成するフォトトランジスタがオン状態からオフ状態に切り替わる閾値を高い値に設定することで、停電を検出するタイミングＴ２が早くなる。そのため、機器２が動作できる最低稼動電圧に到達するＴ３時点までの時間ΔＴを長くすることができ、機器２が停電時動作を行うための時間を長く確保できる。

続いて、直流給電システム１００の動作について図４を用いて説明する。図４は、実施の形態１にかかる直流給電システム１００の動作の一例を示すフローチャートである。

商用交流系統３が停電すると、ＡＣＤＣ変換器１が停電を検出する（ステップＳ１１）。停電を検出したＡＣＤＣ変換器１は、停電が発生したことを機器２に通知する（ステップＳ１２）。ＡＣＤＣ変換器１は、停電が発生したことの通知を全ての機器２に対して一斉に行う。

ＡＣＤＣ変換器１から停電発生の通知を受けた機器２は、バックアップ動作、停電報知動作などの停電時動作を開始する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３でＡＣＤＣ変換器１が行うバックアップ動作とは、例えば、機器２が復電時に必要とする状態の記憶、機器２の動作内容を示すログデータの保存、機能設定情報の保存、揮発性メモリのバックアップデータ作成などである。給電が途絶する前に必要とする処理であればこれに限定されない。例えば、機器２が給湯器の場合、機器２は、バックアップ動作として混合弁の状態の情報を記憶する動作などを行う。

ステップＳ１３でＡＣＤＣ変換器１が行う停電報知動作とは、例えば、機器２がＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明器具などの発光手段を備えた機器であれば、点灯状態を変更する、調光状態を変更する、などにより周囲へ停電報知を行う動作が該当する。また、機器２がテレビなどの映像出力手段を備えた機器であれば、映像案内により周囲へ停電報知を行う動作が停電報知動作に該当する。また、機器２が給湯器リモコン、ＡＩ（Artificial Intelligence）スピーカー、ラジオなど、音声出力手段を備えた機器であれば、音声により周囲へ停電報知を行う動作が停電報知動作に該当する。機器２が停電発生を周囲に報知する動作であればこれに限定されない。

ステップＳ１３において、機器２は、停電時動作としてバックアップ動作および停電報知動作の双方を実施してもよい。

以上のように、本実施の形態にかかるＡＣＤＣ変換器１は、商用交流系統３から供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路１１と、整流回路１１から出力される直流電圧を監視して商用交流系統３の停電を検出する停電検出回路１３と、電流経路を切り替えるスイッチ回路ＳＷと、スイッチ回路ＳＷを制御する制御部１４とを備える。制御部１４は、停電検出回路１３が停電を検出した場合、制限抵抗Ｒ１が含まれる電流経路となるようスイッチ回路ＳＷを切り替え、停電検出回路１３が停電を検出しない場合、制限抵抗Ｒ１が含まれない電流経路となるようスイッチ回路ＳＷを切り替える。また、制御部１４は、停電検出回路１３が停電を検出した場合、停電発生を給電線に接続されている機器２に通知し、停電時動作を開始させる。

本実施の形態にかかるＡＣＤＣ変換器１によれば、商用交流系統３が停電した場合にＡＣＤＣ変換器１が停電を検出して停電発生を機器２に通知する。そのため、機器２のそれぞれが個別に停電を検出する場合よりも、停電発生から停電を検出するまでの時間を短くすることができ、機器２が停電時動作を行うための時間を拡大することができる。また、停電を検出するための回路を機器２が個別に備える必要が無くなり、機器を小型化できる。また、ＡＣＤＣ変換器１は停電発生時の電流経路に制限抵抗Ｒ１が含まれ、停電が発生していないときの電流経路に制限抵抗Ｒ１が含まれないように電流経路を切り替えるため、制限抵抗Ｒ１および平滑コンデンサＣ２で構成されるフィルタ回路の作用により、停電発生時に給電線への出力電圧である供給電圧、すなわち、給電線に接続される各機器２に入力される直流電圧がゆっくり低下するようになる。これにより、停電発生時に機器２が動作できなくなるまでの時間を拡大することができ、機器２が停電時動作を行うための時間を長く確保できる。

ここで、ＡＣＤＣ変換器１が備える制御部１４のハードウェア構成について説明する。図５は、実施の形態１にかかる電力変換装置であるＡＣＤＣ変換器１が備える制御部１４のハードウェア構成の一例を示す図である。制御部１４は、例えば、図５に示したプロセッサ１０１、メモリ１０２および通信回路１０３を含んだハードウェアにより実現される。プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。また、メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）などである。なお、図５は、汎用のプロセッサ１０１およびメモリ１０２と通信回路１０３とを組み合わせて制御部１４を実現する場合のハードウェア構成の例を示したものであるが、プロセッサ１０１およびメモリ１０２に相当する回路を専用の処理回路で実現するようにしてもよい。この場合、処理回路としては、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。

実施の形態２．
続いて、実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１と共通の構成または動作例については説明を省略し、差異についてのみ説明する。また、共通または相当する部分については同一符号を付す。

図６は、本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置を含んで構成される直流給電システムの構成例を示す図である。

実施の形態２にかかる直流給電システム１００ａは、実施の形態１にかかる直流給電システム１００に対して非常用電源装置４が追加された構成であり、非常用電源装置４は、ＡＣＤＣ変換器１が直流電圧を出力する給電線に接続されている。直流給電システム１００ａのＡＣＤＣ変換器１の構成は、実施の形態１にかかる直流給電システム１００のＡＣＤＣ変換器１と同じである。

非常用電源装置４は、商用交流系統３が停電した場合などの非常時に使用される。非常用電源装置４は、蓄電池４１およびＤＣＤＣ（Direct Current to Direct Current）変換器４２を備える。ＤＣＤＣ変換器４２は、ＡＣＤＣ変換器１から指示を受けた場合に蓄電池４１が放電する直流電力を機器２が動作可能な直流電圧に変換して給電線に出力する。なお、蓄電池４１の充電は、商用交流系統３から電力が供給されているときに、ＤＣＤＣ変換器４２が給電線から入力される直流電圧を蓄電池４１の充電用電圧に変換することにより行う。ＤＣＤＣ変換器４２は、例えば、停電が発生していない状態、かつ蓄電池４１の出力端子間の電位差が予め定められた値以下であることを検出した場合に、蓄電池４１を充電するための動作を開始する。

直流給電システム１００ａは、商用交流系統３が停電した場合、ＡＣＤＣ変換器１が停電の発生を非常用電源装置４に通知し、非常用電源装置４は、停電発生の通知を受けると、蓄電池４１から放電される直流電力をＤＣＤＣ変換器４２が所望の直流電圧に変換して給電線に出力する動作を開始する。所望の電圧とは、給電線に接続される機器２が動作可能な直流電圧である。停電発生の通知を受けた場合に非常用電源装置４が開始する動作は、非常用電源装置４による停電時動作に相当する。ＡＣＤＣ変換器１にとって、非常用電源装置４は直流電圧を出力する給電線に接続される機器の中の１つに該当する。

直流給電システム１００ａの動作を示すフローチャートは、図４に示したフローチャートと同様である。本実施の形態では、図４のステップＳ１２およびステップＳ１３に記載の機器は非常用電源装置４となり、ステップＳ１３に記載の停電時動作は、蓄電池４１から放電される直流電力をＤＣＤＣ変換器４２が所望の直流電圧に変換して給電線に出力する動作となる。本実施の形態にかかる直流給電システム１００ａにおいて、ＡＣＤＣ変換器１の停電検出回路１３が停電を検出した場合の制御部１４の動作は、停電発生の通知先が非常用電源装置４である点を除いて、実施の形態１と同様である。

これにより、直流給電システム１００ａでは、商用交流系統３が停電した場合でも、機器２が動作を継続することができる。

なお、ＡＣＤＣ変換器１は、停電発生の通知を非常用電源装置４および機器２に対して行うようにしてもよい。この場合、機器２は、停電発生の通知を受けると停電時動作を開始する。機器２が行う停電時動作の例は、実施の形態１で説明した停電報知動作である。機器２は、消費電力を抑える省電力モードでの動作が可能な場合、省電力モードでの動作への移行を停電時動作としてもよい。また、複数の機器２の一部または全てが、停電時動作として、実施の形態１で説明したバックアップ動作を行った後に動作を停止するようにしてもよい。一部の機器２がバックアップ動作を行う場合、どの機器２がバックアップ動作を行うかについては、例えば、ユーザが予め各機器２に設定しておく。給電線に接続されている各機器２の種類および各機器２が有する機能、消費電力などの情報をＡＣＤＣ変換器１が保持しておき、ＡＣＤＣ変換器１は、各機器２に停電発生を通知する際に、機器２に実行させる停電時動作の内容の通知も行うようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態にかかるＡＣＤＣ変換器１は、商用交流系統３の停電を検出した場合、停電発生を非常用電源装置４に通知し、給電線への放電を開始させる。これにより、商用交流系統３が停電した場合に機器２が動作を継続できる。

実施の形態３．
続いて、実施の形態３について説明する。実施の形態３にかかる直流給電システムの構成は実施の形態１と同様である。また、ＡＣＤＣ変換器１の構成は実施の形態１と同様である。

直流電力の供給を受ける機器２には様々な種類の機器が存在し、その中には、実施の形態１で説明したバックアップ動作が必要なものと必要ではないものが混在する可能性がある。また、バックアップ動作が必要な機器であっても、機器の種類によってバックアップ動作の重要性が異なる可能性がある。例えば、バックアップ動作が完了する前に動作が停止すると、その後の復電時に機器の内部で異常が発生していないか否かのチェック動作を実施してから通常の動作を開始する機器の場合、バックアップ動作が完了したか否かにより、通常の動作に復帰するまでの所要時間が異なる。そのため、動作復帰までの所要時間がバックアップ動作の結果の影響を受ける機器と影響を受けない機器とでは、前者の方がバックアップ動作の重要性が高くなる。また、消費電力が大きい機器が存在する場合、給電線の電圧低下速度が速くなり、バックアップ動作を行うことができる時間が短くなる。

このような事情を考慮し、実施の形態３にかかる直流給電システムにおいて、ＡＣＤＣ変換器１は、商用交流系統３の停電を検出した場合、各機器２が実行する停電時動作を個別に決定し、決定結果に従った動作を行うよう各機器２に指示を行う。機器２は、ＡＣＤＣ変換器１から指示された内容の停電時動作を実行する。これにより、停電時動作を優先的に行う必要がある機器２が停電時動作を完了できる可能性を高める。

実施の形態３にかかる直流給電システムの動作について図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態３にかかる直流給電システムの動作の一例を示すフローチャートである。

商用交流系統３が停電すると、ＡＣＤＣ変換器１が停電を検出する（ステップＳ２１）。停電を検出したＡＣＤＣ変換器１は、各機器２に対して、機器２に関する情報である機器情報を送信するよう要求する（ステップＳ２２）。ＡＣＤＣ変換器１は、機器情報の送信の要求を全ての機器２に対して一斉に行う。ステップＳ２２は、ＡＣＤＣ変換器１の制御部１４が実行する処理である。機器２は、機器情報の送信要求を受けると、自身の機器情報をＡＣＤＣ変換器１に送信する（ステップＳ２３）。ここで、機器情報とは、機器２の機種を示す情報、機器２の消費電力を示す情報などを含んだ情報とする。以下、機種を示す情報を機種情報と称し、消費電力を示す情報を消費電力情報と称する。機器２は、例えば、現在の消費電力をそのまま消費電力情報として送信してもよいし、自身の動作状態など、消費電力の大小がＡＣＤＣ変換器１側で判別できる情報を消費電力情報として送信してもよい。機器２の消費電力が一定の場合、機器２は、機種情報のみを機器情報として送信してもよい。機器情報は、機種情報および消費電力情報に加えて、過去に停電したときの停電時動作の実行結果の情報を含む構成であってもよい。また、機器情報は、停電時動作を開始してから終了するまでの所要時間の情報を含む構成であってもよい。

なお、ＡＣＤＣ変換器１が定常時に機器情報を定期的に取得しているなど、停電発生時における各機器２の消費電力が把握できている場合、ＡＣＤＣ変換器１はステップＳ２２を省略してもよい。ＡＣＤＣ変換器１がステップＳ２２を省略した場合はステップＳ２３も実行されない。

ＡＣＤＣ変換器１は、各機器２から受信済の機器情報を基に、各機器２に実行させる停電時動作を決定する（ステップＳ２４）。停電時動作には、実施の形態１で説明したバックアップ動作および停電報知動作と、機器２が機能を停止して電力を消費しない状態または微小な電力を消費する状態に移行する機能停止動作とが含まれる。機能停止動作にはバックアップ動作は含まれないものとする。すなわち、本実施の形態における機能停止動作は、停電が発生していない状態でユーザの操作により機器２が機能を停止する正常時の停止動作とは異なり、正常時の停止動作で実行されるバックアップ動作を行わずに動作を停止するものとする。なお、バックアップ動作が必要ない機器２の場合、この機器２の機能停止動作と正常時の停止動作は同じ動作となる。ステップＳ２４は、ＡＣＤＣ変換器１の制御部１４が実行する処理である。制御部１４は、給電線に接続される可能性がある機器２の機種情報と、各機種が有する機能の情報とを予め保持しているものとする。

ステップＳ２４において、制御部１４は、例えば、機種情報に基づいて、バックアップ動作が必要な機器２とバックアップ動作が不要な機器２とに分類し、バックアップ動作が必要な機器２の停電時動作をバックアップ動作に決定し、バックアップ動作が不要な機器２の停電時動作を機能停止動作または停電報知動作に決定する。バックアップ動作が不要な機器２の停電時動作を機能停止動作と停電報知動作のどちらとするかは、停電報知動作が可能な構成か否かに基づいて決定する。このとき、制御部１４は、各機器２の消費電力に基づいて、停電報知動作を実行させる機器２を決定してもよい。例えば、制御部１４は、バックアップ動作を行う各機器２の消費電力と停電報知動作が可能な各機器２の消費電力とに基づいて、バックアップ動作を行う各機器２の消費電力と停電報知動作が可能な各機器２の消費電力との合計値が予め設定されているしきい値を超えないよう、停電報知動作を行う機器２を決定する。また、制御部１４は、バックアップ動作が必要な各機器２のそれぞれの消費電力の合計値がしきい値を超える場合、バックアップ動作の優先度が高い機器２の停電時動作をバックアップ動作に決定し、その他の機器２の停電時動作を機能停止動作に決定してもよい。上記のしきい値は、各機器２の過去のバックアップ動作の結果に基づいて変更するなどしてもよい。例えば、前回の停電時にバックアップ動作を行った機器２の全てがバックアップ動作を正常に完了させることができた場合、しきい値を前回よりも高い値に変更し、前回の停電時にバックアップ動作を行った機器２の中にバックアップ動作を正常に完了させることができなかったものが存在する場合、しきい値を前回よりも低い値に変更する。

また、制御部１４は、バックアップ動作が必要な各機器２のバックアップ動作の優先度が同じ場合、過去のバックアップ動作の実行結果に基づいて、バックアップ動作を実行させる機器２を決定してもよい。例えば、前回のバックアップ動作を失敗している機器２と成功している機器２が存在する場合、前回のバックアップ動作を失敗している機器２の停電時動作をバックアップ動作に決定し、前回のバックアップ動作を成功している機器２の停電時動作を機能停止動作に決定する。制御部１４は、前回のバックアップ動作を含む複数回にわたってバックアップ動作を連続して失敗している機器２が存在する場合、連続して失敗した回数が多い機器２の停電時動作を優先的にバックアップ動作に決定してもよい。制御部１４は、各機器２の過去のバックアップ動作の成功率に基づいて、成功率の低いものから一定数の機器２の停電時動作をバックアップ動作に決定し、その他の機器２の停電時動作を機能停止動作に決定してもよい。過去のバックアップ動作の成功率は、最新のものから予め定められた回数あたりの成功率、例えば、過去１０回あたりの成功率とするなどしてもよい。

また、制御部１４は、バックアップ動作が必要な各機器２のバックアップ動作の優先度が同じであり、かつ、バックアップ動作が必要な各機器２のそれぞれの消費電力の合計値がしきい値を超える場合に、過去のバックアップ動作の実行結果に基づいて、停電時動作としてバックアップ動作を実行させる機器２を決定してもよい。

なお、ステップＳ２４において制御部１４が各機器２の停電時動作を決定する方法は上述した例に限定されない。

ＡＣＤＣ変換器１は、各機器２の停電時動作を決定すると、決定した停電時動作の情報を含む動作実行命令を各機器２へ送信することにより停電発生を通知する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５では、制御部１４が、機器２のそれぞれに対する動作実行命令を生成し、生成した動作実行命令を対応する機器２へ送信する。

機器２は、ＡＣＤＣ変換器１から動作実行命令を受信すると、動作実行命令が示す停電時動作を開始する（ステップＳ２６）。機器２は、バックアップ動作の実行結果として、バックアップ動作が成功したか否かを記憶する（ステップＳ２７）。機器２は、ステップＳ２６において停電時動作としてバックアップ動作を開始し、バックアップ動作を完了できた場合、バックアップ動作成功を記憶し、バックアップ動作を完了できなかった場合はバックアップ動作失敗を記憶する。なお、ステップＳ２７は、バックアップ動作が必要な機器２のみが行う処理であり、バックアップ動作が不要な機器２はステップＳ２７を実行しない。また、バックアップ動作が必要な機器２は、ステップＳ２５で自身宛に送信されてきた動作実行命令がバックアップ動作以外の停電時動作を示していた場合、ステップＳ２７において、バックアップ動作失敗を記憶する。例えば、機器２は、自身がバックアップ動作の必要な機器に該当するが、ステップＳ２５で送信されてきた動作実行命令が停電報知動作または機能停止動作を示す場合、ステップＳ２７においてバックアップ動作失敗を記憶する。

以上のように、本実施の形態にかかるＡＣＤＣ変換器１は、商用交流系統３の停電を検出した場合、各機器２から機器情報を収集し、収集した機器情報に基づいて、各機器が実行する停電時動作を決定する。各機器２は、ＡＣＤＣ変換器１が決定した内容の停電時動作を実行する。機器情報は、機種情報、消費電力情報、過去のバックアップ動作の実行結果の情報、などを含む。これにより、ＡＣＤＣ変換器１は、給電線に接続されている機器２の組み合わせに応じて、停電発生時に各機器２が実行する停電時動作を決定することができる。この結果、バックアップ動作の優先度が高い機器２に優先的にバックアップ動作を実行させることができる。また、バックアップ動作の優先度が高い機器２がバックアップ動作を実行する時間を拡大し、バックアップ動作の成功率を向上させることができる。また、バックアップ動作が必要な機器２の間のバックアップ動作の成功率を平準化できる。

実施の形態４．
続いて、実施の形態４について説明する。なお、実施の形態１と共通の構成または動作例については説明を省略し、差異についてのみ説明する。また、共通または相当する部分については同一符号を付す。

図８は、本発明の実施の形態４にかかる電力変換装置を含んで構成される直流給電システムの構成例を示す図である。

実施の形態４にかかる直流給電システム１００ｂは、太陽光発電を行う太陽光発電モジュール５１と、太陽光発電モジュール５１から出力される直流電圧を所望の直流電圧に変換するＤＣＤＣ変換器５２と、蓄電池５３と、蓄電池５３から出力される直流電圧を所望の直流電圧に変換するＤＣＤＣ変換器５４と、を備える。ＤＣＤＣ変換器５２および５４が実施の形態４にかかる電力変換装置である。太陽光発電モジュール５１が出力する直流電圧は１００Ｖ～３８０Ｖを想定するが、出力電圧をこれに限定するものではない。蓄電池５３が出力する直流電圧は３０Ｖ～６０Ｖを想定するが、出力電圧をこれに限定するものではない。図８においては実線が給電線を示している。ＤＣＤＣ変換器５２および５４が直流電圧を出力する給電線には、直流電力を消費する負荷である機器２が接続される。図８に示した２台の機器２は、異なる種類の機器であってもよいし同じ種類の機器であってもよい。ＤＣＤＣ変換器５２，５４および各機器２は、破線で示した通信線に接続され、相互に通信を行うことができる。なお、本実施の形態にかかる直流給電システム１００ｂは、太陽光発電モジュール５１および蓄電池５３の２つの直流電源のうち、いずれか一方のみを備える構成であってもよい。

ＤＣＤＣ変換器５２および５４は、実施の形態１で説明したＡＣＤＣ変換器１と同様に、接続されている電源の停電を検出する機能を有し、停電を検出した場合は各機器２に停電発生を通知する。また、図示を省略しているが、ＤＣＤＣ変換器５２および５４は、ＡＣＤＣ変換器１が有する、平滑コンデンサＣ２、制限抵抗Ｒ１およびスイッチ回路ＳＷで構成される回路と同様の回路を直流電圧の出力側に備える。ＤＣＤＣ変換器５２および５４は、接続されている電源の停電を検出した場合、電流経路が制限抵抗を含み、接続されている電源の停電を検出していない場合には電流経路が制限抵抗を含まないように、電流経路を切り替える。

実施の形態４にかかる直流給電システム１００ｂは、実施の形態１にかかる直流給電システム１００と同様の効果を得ることができる。すなわち、実施の形態４にかかる直流給電システム１００ｂによれば、機器２のそれぞれが個別に停電を検出する場合よりも、停電発生から停電を検出するまでの時間を短くすることができ、機器２が停電時動作を行うための時間を拡大することができる。また、停電を検出するための回路を機器２が個別に備える必要が無くなり、機器を小型化できる。また、制限抵抗および平滑コンデンサで構成されるフィルタ回路の作用により、停電発生時に給電線の電圧がゆっくり低下するようにすることができ、停電発生時に機器２が停電時動作を行うための時間を長く確保できる。

なお、図８に示した構成では、給電線に２つの電源が接続されており、一方の電源が停電したとしても、通常はもう一方の電源から直流電力が出力されるため、この場合は給電線の電圧が急激に低下することはない。しかし、例えば、夜間などの太陽光発電が不十分な状態で蓄電池５３とＤＣＤＣ変換器５４の接続不良が発生するケースも考えられる。また、蓄電池５３とＤＣＤＣ変換器５４の接続不良が発生している状態で十分な太陽光発電が行えなくなるケースも考えられる。直流給電システム１００ｂは、上記のようなケースにおいて、機器２が停電時動作を行うための時間を長く確保することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ＡＣＤＣ変換器、２機器、３商用交流系統、４非常用電源装置、１１整流回路、１２昇圧回路、１３停電検出回路、１４制御部、１５通信部、４１，５３蓄電池、４２，５２，５４ＤＣＤＣ変換器、５１太陽光発電モジュール、１００，１００ａ，１００ｂ直流給電システム。

Claims

給電線に出力する直流電圧を生成する電圧生成回路と、
前記電圧生成回路に接続された電源の停電を検出する停電検出回路と、
前記電圧生成回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
前記給電線への出力電流を制限する制限抵抗と、
前記給電線への出力電流の経路である電流経路を切り替えるスイッチ回路と、
前記停電検出回路が停電を検出した場合に前記電流経路が前記制限抵抗を含み、前記停電検出回路が停電を検出しない場合には前記電流経路が前記制限抵抗を含まないよう前記スイッチ回路を制御するとともに、前記停電検出回路が停電を検出した場合に前記給電線に接続される機器に停電発生を通知する制御部と、
を備える電力変換装置。
前記制御部は、前記停電検出回路が停電を検出した場合、前記機器の機種を示す情報を含む機器情報に基づいて、停電発生時に前記機器が実行する動作である停電時動作を決定し、決定結果が示す動作を実行するよう前記機器に指示する、請求項１に記載の電力変換装置。
前記制御部は、前記停電検出回路が停電を検出した場合、前記機器情報と、前記機器による過去の停電時動作の実行結果とに基づいて、今回の停電時動作を決定する、請求項２に記載の電力変換装置。
少なくとも１つの前記機器は、直流電力を消費する負荷である、請求項１から３のいずれか一つに記載の電力変換装置。
少なくとも１つの前記機器は、前記電圧生成回路に接続された電源が停電した場合に直流電圧を前記給電線に出力する非常用電源装置である、請求項１から３のいずれか一つに記載の電力変換装置。
前記電圧生成回路に接続された電源を、交流電力を出力する交流電源とする、請求項１から５のいずれか一つに記載の電力変換装置。
前記電圧生成回路に接続された電源を、直流電力を出力する直流電源とする、請求項１から５のいずれか一つに記載の電力変換装置。
電源に接続された電力変換装置と、
給電線に接続された機器と、
を備え、
前記電力変換装置は、
前記電源から供給される電力に基づいて前記給電線に出力する直流電圧を生成する電圧生成回路と、
前記電源の停電を検出する停電検出回路と、
前記電圧生成回路から出力される直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
前記給電線への出力電流を制限する制限抵抗と、
前記給電線への出力電流の経路である電流経路を切り替えるスイッチ回路と、
前記停電検出回路が停電を検出した場合に前記電流経路が前記制限抵抗を含み、前記停電検出回路が停電を検出しない場合には前記電流経路が前記制限抵抗を含まないよう前記スイッチ回路を制御するとともに、前記停電検出回路が停電を検出した場合に前記機器に停電発生を通知する制御部と、
を備え、
前記機器は、前記電力変換装置から停電発生の通知を受けると、停電発生時に実行する動作として予め定められた動作を開始する、
直流給電システム。