KR20120024891A - 전력 공급 장치 - Google Patents

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다쿠야 가가와
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파나소닉 전공 주식회사
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Abstract

전력 공급 장치는, 직류 공급 선로에 직류 전력을 출력하는 제1 전원 기기 및 제2 전원 유닛과, 제어 수단을 구비한다. 제1 전원 기기는, 상용 전원(commercial power source)을 이용하여 정전압(定電壓) 제어를 행한다. 제2 전원 유닛은, 출력 전류가 증가함에 따라 출력 전압을 단조(單調) 하강시키고, 상기 출력 전류가 감소함에 따라 상기 출력 전압을 단조 상승시키는 경사 제어를 행하는 제2 전원 기기를 구비한다. 상기 제어 수단은, 최적 전류값(상기 제1 전원 기기의 변환 효율이 최대일 때 상기 제1 전원 기기가 상기 직류 공급 선로에 출력하는 전류의 값)보다 계측값(직류 공급 선로에 흐르는 전류의 값)이 큰 경우, 상기 제2 전원 유닛이 상기 직류 공급 선로에 출력하는 전류의 값이 상기 계측값과 상기 최적 전류값과의 차분값과 같아지도록 지시값을 출력한다. 상기 제2 전원 기기는, 상기 경사 제어의 조건을 변경함으로써, 상기 출력 전압을 변화시키지 않고 상기 출력 전류의 값을 상기 지시값에 대응하는 값으로 설정한다.

Description

전력 공급 장치{ELECTRIC-POWER SUPPLYING DEVICE}
본 발명은, 복수대의 전원 기기가 병렬 운전하여 직류 전력을 부하(負荷) 기기에 공급하는 전력 공급 장치에 관한 것이다.
종래부터, 복수대의 전원 기기가 병렬 운전하여 직류 전력을 부하 기기에 공급하는 전력 공급 장치로서, 다양한 방식이 알려져 있다.
종래의 전력 공급 장치의 일례로서, 출력 전류가 커지면 출력 전압이 단조(單調) 감소하는 전원 기기를 2대 구비하는 전력 공급 장치가 알려져 있다(예를 들면, 일본 특허출원 공개번호 평 10-248253호 공보 참조). 이 전력 공급 장치에서는, 2대의 전원 기기의 출력 전류-출력 전압 특성의 경사 각도가 상이하다. 즉, 출력 전류가 동일한 크기만큼 변화되었을 때, 한쪽 전원 기기의 출력 전압의 변화량과 다른쪽 전원 기의 출력 전압의 변화량이 상이하였다.
전술한 바와 같은 전력 공급 장치에서는, 모든 부하 기기의 총사용 전류(부하 전류)의 크기에 따라, 각 전원 기기가 각각 출력 전류-출력 전압 특성과 부하 전류의 밸런스 포인트에서 안정됨으로써, 각 전원 기기로부터 임의의 출력 전압으로 임의의 출력 전류를 출력할 수 있다.
그러나, 2대의 전원 기기의 출력 전류-출력 전압 특성의 경사 각도가 상이한 전력 공급 장치는, 부하 전류의 크기에 따라 각 전원 기기의 출력 전압, 즉 부하 기기로의 공급 전압이 변동되므로, 부하 기기로의 공급 전압을 안정적으로 유지할 수 없는 문제가 있었다. 만일, 이와 같은 전력 공급 장치에 대하여, 각 전원 기기의 출력 전류를 원하는 전류값으로 변경했을 때, 출력 전류의 변경 전후에 있어서 부하 기기로의 공급 전압을 정전압(定電壓)으로 유지하기 위해서는, 2대의 전원 기기의 출력 전류-출력 전압 특성의 양쪽을 수평 이동할 필요가 있고, 구성이 복잡하게 된다.
이에, 상기 문제를 해결하기 위한 수단으로서, 병렬 운전하는 복수대의 전원 기기 중, 1대의 전원 기기가 정전압 제어이며, 나머지 전원 기기가, 출력 전류가 커짐에 따라 단조 감소하는 직류 전압을 출력 전압으로 하는 경사 제어인 전력 공급 장치를 고려할 수 있다. 이와 같은 전력 공급 장치에서는, 경사 제어의 전원 기기의 출력 전압이 정전압 제어의 전원 기기의 출력 전압(기준 전압)에 맞추어진 상태로, 경사 제어의 전원 기기가 전류를 부하 기기에 출력한다. 이 때, 부하 전류의 부족분은, 정전압 제어의 전원 기기로부터 부하 기기에 출력된다. 이로써, 이 전력 공급 장치에서는, 부하 전류가 어느 정도 변화되어도, 부하 기기로의 공급 전압을 정전압(정전압 제어의 전원 기기의 출력 전압)으로 유지한 상태로, 부하 기기로의 전력 공급을 안정적으로 행할 수 있다.
그런데, 전술한 바와 같은 전원 기기에 접속되는 전원으로서, 상용 전원(commercial power source)이 사용되는 경우가 있다. 상용 전원이 접속되는 전원 기기에는, 내장된 DC/DC 컨버터 부분에 있어서, 정상(定常) 손실(스위칭 소자의 온 저항이나 인덕터의 기생 저항 등에 의한 손실) 등의 내부 손실이 존재한다. 그 결과, 전원 기기의 변환 효율(전원 기기의 입력 전력에 대한 전원 기기의 출력 전력의 비)은, 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, 어떤 크기의 출력 전류에서 최대가 되는 특성이 된다. 따라서, 상용 전원이 접속되어 있는 전원 기기는, 변환 효율이 최대가 될 때의 출력 전류에서 사용하면, 효율적으로 운전할 수 있다.
그러나, 종래의 전력 공급 장치에서는, 부하 전류의 크기에 따라 각 전원 기기의 출력 전류의 크기를 변동시키는 경우에, 상용 전원이 접속되어 있는 전원 기기를 반드시 효율적으로 운전시키고 있다고는 할 수 없었다.
일본 특허출원 공개번호 평 10-248253호 공보
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 상용 전원이 접속되어 있는 전원 기기를 최대 변환 효율로 운전시킬 수 있는 전력 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전력 공급 장치는, 부하 기기가 접속되는 직류 공급 선로에 접속되고, 상기 직류 공급 선로를 통해서 상기 부하 기기에 직류 전력을 공급하는 제1 전원 기기 및 제2 전원 유닛과, 상기 직류 공급 선로를 흐르는 전류의 값을 계측하여 계측값으로서 출력하는 부하 전류 검출 수단과, 상기 부하 전류 검출 수단으로부터 상기 계측값을 얻으면, 얻어진 상기 계측값이 최적 전류값보다 큰 것인지의 여부를 판정하는 판정 수단과, 제어 수단을 구비한다. 상기 제1 전원 기기는, 상용 전원에 접속되고, 상기 상용 전원으로부터 얻은 전력을 직류 전력으로 변환함으로써, 상기 직류 공급 선로에 출력하는 전류의 크기에 관계없이 상기 직류 공급 선로에 일정한 전압을 인가하는 정전압 제어를 행하도록 구성된다. 상기 최적 전류값은, 상기 제1 전원 기기의 변환 효율이 최대일 때 상기 제1 전원 기기가 상기 직류 공급 선로에 출력하는 전류의 값이다. 상기 제2 전원 유닛은, 제2 전원 기기를 구비한다. 상기 제2 전원 기기는, 상기 직류 공급 선로에 출력하는 출력 전류가 증가함에 따라 상기 직류 공급 선로에 인가하는 출력 전압을 단조 하강시켜, 상기 출력 전류가 감소함에 따라 상기 출력 전압을 단조 상승시키는 경사 제어를 행하도록 구성된다. 상기 제어 수단은, 상기 최적 전류값보다 상기 계측값이 큰 것으로 상기 판정 수단이 판정하면, 상기 제2 전원 유닛이 상기 직류 공급 선로에 출력하는 전류의 값이 상기 계측값와 상기 최적 전류값과의 차분값과 동등하게 되도록, 상기 제2 전원 기기에 지시값을 출력하도록 구성된다. 상기 제2 전원 기기는, 상기 제어 수단으로부터 수취한 상기 지시값에 기초하여, 상기 출력 전류의 값을 조정하는 조정 수단을 구비한다. 상기 조정 수단은, 상기 제어 수단으로부터 상기 지시값을 받으면, 상기 경사 제어의 조건을 변경함으로써, 상기 출력 전압을 변화시키지 않고 상기 출력 전류의 값을 상기 지시값에 대응하는 값으로 설정하도록 구성된다.
바람직한 형태에서는, 상기 제어 수단은, 상기 계측값이 상기 최적 전류값 이하인 것으로 상기 판정 수단이 판정하면, 상기 제2 전원 유닛에 상기 직류 공급 선로로의 전류의 출력을 정지시키도록 구성된다.
바람직한 형태에서는, 상기 제2 전원 유닛은, 복수개의 상기 제2 전원 기기를 구비한다. 상기 제2 전원 유닛이 상기 직류 공급 선로에 출력하는 전류의 값은, 상기 복수개의 제2 전원 기기의 상기 출력 전류의 값의 총계이다.
도 1은 본 발명의 실시예의 주요부를 나타낸 블록도이다.
도 2는 상기 실시예의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제1 전원 기기의 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제2 전원 기기의 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전력 공급 장치에 있어서, (a)가 제2 전원 기기의 출력 전류-출력 전압 특성을 나타낸 도면이고, (b)가 제1 전원 기기의 출력 전류-출력 전압 특성을 나타낸 도면이며, (c)가 제2 전원 기기의 출력 전류에 대하여 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 제2 전원 기기의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 제2 전원 기기의 출력 전류-출력 전압 특성의 시프트에 대하여 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 전력 공급 장치의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명에 따른 전력 공급 장치에 있어서, (a)가 제1 전원 기기의 출력 전류-출력 전압 특성을 나타낸 도면이고, (b)가 PV 컨버터의 출력 전류-출력 전압 특성을 나타낸 도면이며, (c)가 BAT 컨버터의 출력 전류-출력 전압 특성을 나타낸 도면이다.
이하에서 설명하는 형태는, 본 발명에 따른 전력 공급 장치(3)를 적용하는 건물로서 단독 주택의 가옥을 상정(想定)하여 설명하지만, 본 발명의 기술 사상을 집합 주택에 적용하는 것을 제외하는 것은 아니다. 가옥 H에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 직류 전력을 출력하는 직류 전력 공급부(101)와, 직류 전력에 의해 구동되는 부하로서의 직류 기기(부하 기기)(102)가 설치되고, 직류 전력 공급부(101)의 출력단부(端部)에 접속한 직류 공급 선로 Wdc를 통해 직류 기기(102)에 직류 전력이 공급된다. 직류 전력 공급부(101)와 직류 기기(102)와의 사이에는, 직류 공급 선로 Wdc에 흐르는 전류를 감시하고, 이상을 검지했을 때 직류 공급 선로 Wdc 상에서 직류 전력 공급부(101)로부터 직류 기기(102)로의 급전(給電)을 제한 내지 차단하는 직류 브레이커(breaker)(114)가 설치된다.
직류 공급 선로 Wdc는, 직류 전력의 급전로이면서 동시에 통신로로서도 겸용되고 있고, 고주파의 반송파를 사용하여 데이터를 전송하는 통신 신호를 직류 전압에 중첩시킴으로써 직류 공급 선로 Wdc에 접속된 기기 사이에서의 통신을 가능하게 하고 있다. 이 기술은, 교류 전력을 공급하는 전력선에 있어서 교류 전압에 통신 신호를 중첩시키는 전력선 반송 기술과 유사한 기술이다.
직류 공급 선로 Wdc는, 직류 전력 공급부(101)를 통하여 주택내 서버(116)에 접속된다. 주택내 서버(116)는, 주택 내의 통신망(이하 "주택내 망"이라고 함)을 구축하는 주장치이며, 주택내 망에 있어서 직류 기기(102)가 구축하는 서브 시스템 등과 통신을 행한다.
도시한 예에서는, 서브 시스템으로서, 퍼스널 컴퓨터, 무선 액세스 포인트, 라우터, IP 전화기와 같은 정보계의 직류 기기(102)로 이루어지는 정보 기기 시스템(K101), 조명 기구와 같은 조명계의 직류 기기(102)로 이루어지는 조명 시스템(K102, K105), 손님 대응이나 침입자의 감시 등을 행하는 직류 기기(102)로 이루어지는 현관 시스템(K103), 화재 감지기와 같은 경보계의 직류 기기(102)로 이루어지는 주택 경보기 시스템(K104) 등이 있다. 각 서브 시스템은, 자립 분산 시스템을 구성하고 있고, 서브 시스템 단독으로도 동작이 가능하게 되어 있다.
전술한 직류 브레이커(114)는, 서브 시스템에 연관지어져 설치되어 있고, 도시한 예에서는, 정보 기기 시스템(K101), 조명 시스템(K102) 및 현관 시스템(K103), 주택 경보기 시스템(K104), 조명 시스템(K105)에 연관지어져 4개의 직류 브레이커(114)가 설치되어 있다. 1대의 직류 브레이커(114)에 복수개의 서브 시스템을 연관시키는 경우에는, 서브 시스템마다 직류 공급 선로 Wdc의 계통을 분할하는 접속 박스(121)가 설치된다. 도시한 예에 있어서는, 조명 시스템(K102)과 현관 시스템(K103)과의 사이에 접속 박스(121)가 설치되어 있다.
정보 기기 시스템(K101)으로서는, 벽 콘센트 또는 바닥 콘센트의 형태로 가옥 H에 선행 배치(가옥 H의 건축 시에 시공)되는 직류 콘센트(131)에 접속되는 직류 기기(102)로 이루어지는 정보 기기 시스템(K101)이 설치된다.
조명 시스템(K102, K105)으로서는, 가옥 H에 선행 배치되는 조명 기구[직류 기기(102)]로 이루어지는 조명 시스템(K102)과, 천정에 선행 배치되는 훅실링(hook ceiling)(132)에 접속하는 조명 기구[직류 기기(102)]로 이루어지는 조명 시스템(K105)이 설치된다. 훅실링(132)에는, 가옥 H의 내장 시공 시에 시공 업자가 조명 기구를 장착하거나, 또는 거주자가 조명 기구를 장착한다.
조명 시스템(K102)을 구성하는 직류 기기(102)인 조명 기구에 대한 제어 지시는, 적외선 리모콘 장치를 사용하여 내리는 것 외에, 직류 공급 선로 Wdc에 접속된 스위치(141)로부터 통신 신호를 사용하여 내릴 수 있다. 조명 시스템(K105)을 구성하는 직류 기기(102)인 조명 기구에 대한 제어 지시는, 적외선 리모콘 장치를 사용하여 내리는 것 외에, 직류 공급 선로 Wdc에 접속된 스위치(142)로부터 통신 신호를 사용하여 내릴 수 있다. 즉, 스위치(141, 142)는 직류 기기(102)와 함께 통신 기능을 가지고 있다. 또한, 스위치(141, 142)의 조작에 의하지 않고, 주택내 망의 다른 직류 기기(102) 또는 주택내 서버(116)로부터 통신 신호에 의해 제어 지시가 행해질 수도 있다. 조명 기구로의 지시에는, 점등, 소등, 광 조절, 점멸 점등 등이 있다.
전술한 직류 콘센트(131), 훅실링(132)에는, 임의의 직류 기기(102)를 접속할 수 있고, 접속된 직류 기기(102)에 직류 전력을 출력하므로, 이하에서는 직류 콘센트(131), 훅실링(132)을 구별할 필요가 없는 경우에는 "직류 아웃렛(DC outlet)"이라고 한다.
이들 직류 아웃렛은, 직류 기기(102)에 직접 설치한 접촉자(도시하지 않음) 또는 접속선을 통하여 설치한 접촉자(도시하지 않음)가 끼워지는 끼움식 접속구(接續口)가 기체(器體)에 개구되고, 접속구에 끼워진 접촉자에 직접 접촉하는 접촉자 받이가 상기 기체에 유지된 구조를 가지고 있다. 즉, 직류 아웃렛은 접촉식으로 급전을 행한다. 직류 아웃렛에 접속된 직류 기기(102)가 통신 기능을 가지는 경우에는, 직류 공급 선로 Wdc를 통해 통신 신호를 전송할 수 있게 된다. 직류 기기(102) 뿐만 아니라 직류 아웃렛에도 통신 기능이 갖추어져 있다.
주택내 서버(116)는, 주택내 망에 접속될 뿐만 아니라, 인터넷을 구축하는 광역망 NT에 접속되는 접속구를 가지고 있다. 주택내 서버(116)가 광역망 NT에 접속되어 있는 경우에는, 광역망 NT에 접속된 컴퓨터 서버인 센터 서버(200)에 의한 서비스를 받을 수 있다.
센터 서버(200)가 제공하는 서비스에는, 광역망 NT을 통해 주택내 망에 접속된 기기[주로 직류 기기(102)이지만 통신 기능을 가진 다른 기기도 포함함]의 감시나 제어를 가능하게 하는 서비스가 있다. 이 서비스에 의해, 퍼스널 컴퓨터, 인터넷 TV, 이동체 전화기 등의 브라우저 기능을 구비하는 통신 단말기(도시하지 않음)를 사용하여 주택내 망에 접속된 기기의 감시나 제어가 가능하게 된다.
주택내 서버(116)는, 광역망 NT에 접속된 센터 서버(200)와의 통신과, 주택내 망에 접속된 기기와의 통신의 양쪽의 기능을 구비하고, 주택내 망의 기기에 관한 식별 정보(여기서는, IP 어드레스를 사용하는 것으로 함)의 취득 기능을 구비한다.
주택내 서버(116)는, 센터 서버(200)와의 통신 기능을 사용함으로써, 광역망 NT에 접속된 통신 단말기로부터 센터 서버(200)를 통해 주택 내의 기기의 감시나 제어를 가능하게 한다. 센터 서버(200)는, 주택 내의 기기와 광역망 NT 상의 통신 단말기를 중개한다.
통신 단말기로부터 주택 내의 기기의 감시나 제어를 행하는 경우에는, 감시나 제어의 요구를 센터 서버(200)에 기억시켜, 주택 내의 기기는 정기적으로 단일 방향(unidirectional) 폴링 통신(polling communication)을 행함으로써, 통신 단말기로부터의 감시나 제어의 요구를 수신한다. 이 동작에 의해, 통신 단말기로부터 주택 내의 기기의 감시나 제어가 가능하게 된다.
또한, 주택 내의 기기에 있어서 화재 검지 등 통신 단말기에 통지해야 할 이벤트가 생겼을 때는, 주택 내의 기기로부터 센터 서버(200)에 통지하고, 센터 서버(200)로부터 통신 단말기에 대하여 전자 메일에 의한 통지를 행한다.
주택내 서버(116)에서의 주택내 망과의 통신 기능 중 중요한 기능은, 주택내 망을 구성하는 기기의 검출과 관리이다. 주택내 서버(116)에서는, UPnP(Universal Plug and Play)를 응용하여 주택내 망에 접속된 기기를 자동적으로 검출한다. 주택내 서버(116)는 브라우저 기능을 가지는 표시기(117)를 구비하고, 검출한 기기의 일람을 표시기(117)에 표시한다. 이 표시기(117)는 터치 패널식 또는 조작부가 부설(附設)된 구성을 가지고, 표시기(117)의 화면에 표시된 선택 사항으로부터 원하는 내용을 선택하는 조작이 가능하게 되어 있다. 따라서, 주택내 서버(116)의 이용자(시공업자 또는 거주자)는, 표시기(117)의 화면 상에서 기기의 감시 내지 제어가 가능하게 된다. 표시기(117)는 주택내 서버(116)와 분리하여 설치해도 된다.
주택내 서버(116)에서는, 기기의 접속에 관한 정보를 관리하고 있고, 주택내 망에 접속된 기기의 종류나 기능과 어드레스를 파악한다. 따라서, 주택내 망의 기기를 연동 동작시키는 것이 가능하다. 기기의 접속에 관한 정보는 전술한 바와 같이 자동적으로 검출되지만, 기기를 연동 동작시키기 위해서는, 기기 자신이 보유하는 속성에 의해 자동적으로 연관시키는 것 외에, 주택내 서버(116)에 퍼스널 컴퓨터와 같은 정보 단말기를 접속하고, 정보 단말기의 브라우저 기능을 이용하여 기기를 연관시킬 수도 있다.
기기의 연동 동작의 관계는 각 기기가 각각 유지한다. 따라서, 기기는 주택내 서버(116)를 통하지 않고 연동 동작할 수 있다. 각 기기에 대하여, 연동 동작을 연관시킴으로써, 예를 들면, 기기인 스위치의 조작에 의해, 기기인 조명 기구의 점등 또는 소등의 동작을 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 연동 동작의 연관은 서브 시스템 내에서 행하는 경우가 많지만, 서브 시스템을 초과하여 연관시킬 수도 있다.
그런데, 직류 전력 공급부(101)는, 기본적으로는, 주택 외부로부터 공급되는 상용 전원 AC의 전력 변환에 의해 직류 전력을 생성한다. 도시한 구성에서는, 상용 전원 AC는, 분전반(110)에 내부기로서 장착된 메인 브레이커(111)를 통하여, 스위칭 전원을 포함하는 AC/DC 컨버터(112)에 입력된다. AC/DC 컨버터(112)로부터 출력되는 직류 전력은, 협조 제어부(113)를 통해 각 직류 브레이커(114)에 접속된다.
직류 전력 공급부(101)에는, 상용 전원 AC로부터 전력이 공급되지 않는 기간(예를 들면, 상용 전원 AC의 정전 기간)에 대비하여 2차 전지(162)가 설치되어 있다. 2차 전지(162)로서는, 예를 들면, 리튬 이온 2차 전지 등이 사용된다. 또한, 직류 전력을 생성하는 태양 전지(161)나 연료 전지(163)를 병용하는 것도 가능하도록 되어 있다. 상용 전원 AC로부터 직류 전력을 생성하는 AC/DC 컨버터(112)를 구비하는 주전원에 대하여, 태양 전지(161), 2차 전지(162) 및 연료 전지(163) 등은 분산 전원이 된다. 그리고, 도시하지 않지만, 2차 전지(162)는, 충전을 제어하는 회로부를 포함하고 있다.
2차 전지(162)는, 상용 전원 AC나 태양 전지(161), 연료 전지(163)에 의해 적시에 충전되며, 2차 전지(162)의 방전은, 상용 전원 AC로부터 전력이 공급되지 않는 기간뿐만 아니라 필요에 따라 적시에 행해진다. 2차 전지(162)의 충방전이나 주전원과 분산 전원과의 협조는, 협조 제어부(113)에 의해 행해진다. 즉, 협조 제어부(113)는, 직류 전력 공급부(101)를 구성하는 주전원 및 분산 전원으로부터 직류 기기(102)로의 전력의 배분을 제어하는 직류 전력 제어부로서 기능한다.
직류 기기(102)의 구동 전압은 기기에 따른 복수 종류의 전압으로부터 선택되므로, 협조 제어부(113)에 DC/DC 컨버터를 설치하고, 주전원 및 분산 전원으로부터 얻어지는 직류 전압을 필요한 전압으로 변환하는 것이 바람직하다. 통상적으로는, 1계통의 서브 시스템[또는 1대의 직류 브레이커(114)에 접속된 직류 기기(102)]에 대하여 1종류의 전압이 공급되지만, 1계통의 서브 시스템에 대하여 3선 이상을 사용하여 복수 종류의 전압을 공급하도록 구성해도 된다. 또한, 직류 공급 선로 Wdc를 2선식으로 하고, 선 사이에 인가하는 전압을 시간 경과에 따라 변화시키는 구성을 채용하는 것도 가능하다. DC/DC 컨버터는, 직류 브레이커와 마찬가지로 복수개로 분산되어 설치해도 된다.
전술한 구성예에서는, AC/DC 컨버터(112)를 1개만 도시하고 있지만, 복수개의 AC/DC 컨버터(112)를 병설하는 것이 가능하며, 복수개의 AC/DC 컨버터(112)를 설치할 때는, 부하의 크기에 따라 운전하는 AC/DC 컨버터(112)의 대수를 증감시키는 것이 바람직하다.
전술한 AC/DC 컨버터(112), 협조 제어부(113), 직류 브레이커(114), 태양 전지(161), 2차 전지(162), 연료 전지(163)에는 통신 기능이 갖추어져 있고, 주전원 및 분산 전원이나 직류 기기(102)를 포함하는 부하의 상태에 대처하는 제휴 동작을 행하는 것을 가능하게 하고 있다. 이 통신에 사용하는 통신 신호는, 직류 기기(102)에 사용하는 통신 신호와 마찬가지로 직류 전압에 중첩되는 형식으로 전송된다.
전술한 예에서는 메인 브레이커(111)로부터 출력된 교류 전력을 AC/DC 컨버터(112)에 의해 직류 전력으로 변환하기 위하여, AC/DC 컨버터(112)를 분전반(110) 내에 배치하고 있지만, 메인 브레이커(111)의 출력 측에 있어서 분전반(110) 내에 설치한 분기(分岐) 브레이커(도시하지 않음)로 교류 공급 선로를 복수 계통으로 분기하고, 각 계통의 교류 공급 선로에 AC/DC 컨버터를 설치하여 계통마다 직류 전력으로 변환하는 구성을 채용해도 된다.
이 경우, 가옥 H의 각 층이나 각 방 단위로 직류 전력 공급부(101)를 설치할 수 있으므로, 직류 전력 공급부(101)를 계통별로 관리할 수 있고, 또한 직류 전력을 이용하는 직류 기기(102)와의 사이의 직류 공급 선로 Wdc의 거리가 작아지므로, 직류 공급 선로 Wdc에서의 전압 강하에 의한 전력 손실을 저감시킬 수 있다. 또한, 메인 브레이커(111) 및 분기 브레이커를 분전반(110)에 수납하고, AC/DC 컨버터(112)와 협조 제어부(113)와 직류 브레이커(114)와 주택내 서버(116)를 분전반(110)과는 상이한 반에 수납해도 된다.
이어서, 직류 전력 공급부(101)에 수납되어 있는 전력 공급 장치(3)에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. 전력 공급 장치(3)는, 병렬 운전하여 직류 전력을 직류 기기(부하 기기)(102)에 공급하는 복수대(도시한 예에서는 4대)의 전원 기기(4, 5, 6)와, 직류 전력 공급의 시스템 전체를 감시하는 감시 장치(7)를 구비하고 있다.
복수대의 전원 기기(4)는, 1대의 제1 전원 기기(5)와, 복수대(도시한 예에서는 3대)의 제2 전원 기기(6)(6a?6c)로 구성되어 있다.
복수대의 제2 전원 기기(6)(6a?6c)는, 제2 전원 유닛(8)을 구성한다. 즉, 본 실시예에서는, 제2 전원 유닛(8)은, 3개의 제2 전원 기기(6a, 6b, 6c)를 구비한다. 그러므로, 제2 전원 유닛(8)이 직류 공급 선로 Wdc에 출력하는 전류의 값은, 3개의 제2 전원 기기(6)의 출력 전류 Io2의 값의 총계(=Ioa＋Iob＋Ioc)이다.
그런데, 본 실시예에서는, 제2 전원 유닛(8)은 3개의 제2 전원 기기(6)를 구비하지만, 제2 전원 유닛(8)은 제2 전원 기기(6)를 1개만 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 제2 전원 유닛(8)이 직류 공급 선로 Wdc에 출력하는 전류의 값은, 제2 전원 기기(6)의 출력 전류 Io2와 같다. 또한, 제2 전원 유닛(8)은, 제2 전원 기기(6)를 2개 포함하고 있어도 되고, 4개 이상 포함하고 있어도 된다.
제1 전원 기기(5)는, 출력 전류 Io1의 크기에 관계없이 항상 정전압으로 되는 직류 전압을 출력 전압 Vo1으로 하는 것이다[도 5의 (b) 참조]. 제1 전원 기기(5)에는, 상용 전원 AC로부터의 전원 전압이 입력 전압 Vi1(도 3 참조)으로서 입력된다. 즉, 제1 전원 기기(5)는, 상용 전원 AC을 입력 전원으로 하여 직류 전력을 직류 기기(102)에 공급하는 상용 전원용 전원 기기이다.
즉, 제1 전원 기기(5)는, 상용 전원 AC에 접속된다. 제1 전원 기기(5)는, 상용 전원 AC으로부터 얻은 전력을 직류 전력으로 변환함으로써, 직류 공급 선로 Wdc에 출력하는 전류(출력 전류 Io1)의 크기에 관계없이 직류 공급 선로 Wdc에 일정한 전압[출력 전압 Vo1]을 인가하는 정전압 제어를 행하도록 구성된다.
그리고, 본 실시예에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 전원 기기(5)는, AC/DC 컨버터(112)를 통하여 상용 전원 AC에 접속되어 있다. 즉, 상용 전원 AC의 교류 전압은, AC/DC 컨버터(112)에서 소정의 직류 전압으로 변환되어, 제1 전원 기기(5)에 인가된다. 따라서, 입력 전압 Vi1은, AC/DC 컨버터(112)가 출력하는 직류 전압이다. 그러나, 입력 전압 Vi1은, 상용 전원 AC이 출력하는 교류 전압이라도 된다. 이 경우, 제1 전원 기기(5)에는, 교류 전압인 입력 전압 Vi1을 직류 전압으로 변환하여 DC/DC 컨버터(52)에 출력하는 AC/DC 컨버터가 설치된다.
이 제1 전원 기기(5)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 출력 전압 Vo1을 검출하는 전압 검출 수단(50)과, 기준 전압 V2와 전압 검출 수단(50)의 검출 전압 V1에 따라 온 듀티(on duty)폭이 설정된 펄스폭 변조 신호 S1을 생성하는 스위칭 제어 수단(51)과, 스위칭 제어 수단(51)으로부터의 펄스폭 변조 신호 S1의 온 듀티폭에 따라 온 오프 동작하는 스위칭 소자(520)를 가지는 DC/DC 컨버터(52)를 구비하고 있다.
전압 검출 수단(50)은, 직렬 접속의 2개의 저항기(500, 501)와, 저항기(500, 501)에 의한 분할 전압이 입력되는 전압 폴로워(voltage follower)(502)를 구비하고 있고, 제1 전원 기기(5)의 출력 전압 Vo1을 검출한다. 전압 검출 수단(50)은, 출력 전압 Vo1을 검출하고, 검출된 출력 전압 Vo1에 따른 검출 전압 V1을 스위칭 제어 수단(51)에 인가하도록 구성된다.
스위칭 제어 수단(51)은, 전압 검출 수단(50)의 검출 전압[전압 폴로워(502)의 출력 전압] V1 및 기준 전압 V2가 입력되는 스위칭 IC(510)를 구비하고 있다.
스위칭 IC(510)는, 기준 전압 V2와 검출 전압 V1과의 차분 전압(V2-V1)이 일정하게 되도록 온 듀티폭이 설정된 펄스폭 변조 신호 S1을 스위칭 소자(520)에 출력한다. 즉, 스위칭 IC(510)는, 출력 전압 Vo1(검출 전압 V1)이 항상 일정하게 되도록, 펄스폭 변조 신호 S1의 온 듀티폭을 설정한다.
DC/DC 컨버터(52)는, 입력 측으로부터 차례로, 평활 컨덴서(521)과, 인덕터(522)와, 스위칭 소자(520)와, 다이오드(523)와, 평활 컨덴서(524)를 구비하고 있고, 스위칭 소자(520)의 온 오프 동작에 의해 입력 전압 Vi1을 승압한다.
스위칭 소자(520)는, 예를 들면, 전계 효과 트랜지스터 등이며, 스위칭 IC(510)으로부터의 펄스폭 변조 신호 S1이 저항기(525)를 통하여 게이트에 입력된다. 스위칭 소자(520)가 온으로 되면, 소스와 드레인 사이가 도통(導通)하여, 인덕터(522)에는 전자 에너지가 축적된다. 그 후, 스위칭 소자(520)가 오프로 되면, 인덕터(522)에 저장된 전자 에너지가 방출됨으로써 승압한다. 승압된 전압은 평활 컨덴서(524)에서 평활된다. 평활 컨덴서(524)에서 평활된 직류 전압은, 출력 전압 Vo1으로서 직류 기기(102)(도 1 참조)에 출력된다.
전술한 동작에 의해, 제1 전원 기기(5)는, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 출력 전류 Io1의 크기에 관계없이 출력 전압 Vo1을 일정한 직류 전압으로 하는 출력 전류-출력 전압 특성으로부터 벗어나지 않도록 피드백 제어를 행할 수 있다.
제2 전원 기기(6)는, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 출력 전류(직류 공급 선로 Wdc에 출력하는 전류) Io2가 커짐에 따라 단조 감소하는 직류 전압을 출력 전압(직류 공급 선로 Wdc에 인가하는 전압) Vo2로 하는 것이다. 이와 같은 제2 전원 기기(6)의 출력 전류-출력 전압 특성을, Vo2 = -αIo2 ＋ V0(α>0, V0>0)로 나타낼 수 있다. 상기 출력 전류-출력 전압 특성에서는, Vo2 ＋ αIo2는 V0에서 일정값으로 된다. α는, 제2 전원 기기(6)마다 상이한 값이라도 되고, 동일한 값이라도 된다.
즉, 제2 전원 기기(6)는, 직류 공급 선로 Wdc에 출력하는 출력 전류 Io2가 증가함에 따라 직류 공급 선로 Wdc에 인가하는 출력 전압 Vo2를 단조 하강시키고, 출력 전류 Io2가 감소함에 따라 출력 전압 Vo2을 단조 상승시키는 경사 제어를 행하도록 구성된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 제2 전원 기기(6a)에는 태양 전지(161)가 접속되고, 제2 전원 기기(6b)에는 2차 전지(162)가 접속되고, 제2 전원 기기(6c)에는 연료 전지(163)가 접속되어 있다. 각 제2 전원 기기(6)는, 각각 접속되어 있는 전지(161?163)로부터 입력 전압 Vi2(도 4 참조)가 입력된다. 즉, 제2 전원 기기(6a)는, 태양 전지(161)를 입력 전원으로서 직류 전력을 직류 기기(102)에 공급하는 태양 전지용 전원 기기(PV 컨버터)이며, 제2 전원 기기(6b)는, 2차 전지(162)를 입력 전원으로서 직류 전력을 직류 기기(102)에 공급하는 2차 전지용 전원 기기(BAT 컨버터)이며, 제2 전원 기기(6c)는, 연료 전지(163)를 입력 전원으로서 직류 전력을 직류 기기(102)에 공급하는 연료 전지용 전원 기기(FC 컨버터)이다. 그리고, 각 제2 전원 기기(6)는, 제1 전원 기기(5)에 대하여 다른 전원 기기에 상당한다.
각 제2 전원 기기(6)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 출력 전류 Io2를 검출하는 전류 검출 수단(60)과, 출력 전압 Vo2을 검출하는 전압 검출 수단(61)과, 전압 검출 수단(61)의 검출 전압 V5와 전류 검출 수단(60)으로부터 출력되는 전압 V8에 따라 온 듀티폭이 설정된 펄스폭 변조 신호 S2를 생성하는 스위칭 제어 수단(62)과, 스위칭 제어 수단(62)로부터의 펄스폭 변조 신호 S2의 온 듀티폭에 따라 온 오프 동작하는 스위칭 소자(630)를 가지는 DC/DC 컨버터(63)와, 후술하는 제어부(73)(도 1 참조)의 제어에 의해 출력 전류 Io2의 크기를 조정하는 조정 수단(64)을 구비하고 있다.
전류 검출 수단(60)은, 저항기(600, 605)와, 저항기(600)의 양단(兩端) 전압을 검출하는 전류 IC(601)와, 전류 IC(601)의 출력 전압 V3를 분할하는 저항기(602, 603)와, 저항기(602, 603)에 의해 분할된 분할 전압이 입력되는 전압 폴로워(604)를 구비하고 있고, 출력 전류 Io2를 검출한다.
전압 검출 수단(61)은, 직렬 접속의 2개의 저항기(610, 611)와, 저항기(610, 611)에 의한 분할 전압이 입력되는 전압 폴로워(612)를 구비하고 있고, 출력 전압 Vo2를 검출한다. 전압 검출 수단(61)은, 출력 전압 Vo2를 검출하고, 검출된 출력 전압 Vo2에 따른 검출 전압 V5를 스위칭 제어 수단(62)에 인가하도록 구성된다.
스위칭 제어 수단(62)은, 전압 검출 수단(61)의 검출 전압[전압 폴로워(612)의 출력 전압] V5 및 후술하는 전압 V8이 입력되는 스위칭 IC(620)를 구비하고 있다.
DC/DC 컨버터(63)는, 입력 측으로부터 차례로, 평활 컨덴서(631)와, 인덕터(632)와, 스위칭 소자(630)와, 다이오드(633)와, 평활 컨덴서(634)를 구비하고 있고, 스위칭 소자(630)의 온 오프 동작에 의해 입력 전압 Vi2를 승압한다.
조정 수단(64)은, 후술하는 제어부(73)(도 1 참조)로부터 출력 전류 Io2의 지시값을 취득하는 CPU(640)와, CPU(640)의 출력 전압 V6을 분할하는 2개의 저항기(641, 642)와, 저항기(641, 642)에 의한 분할 전압이 입력되는 비반전(非反轉) 증폭 회로(643)를 구비하고 있다.
CPU(640)에서는, 전력 공급 장치(3)의 동작중에, 즉 전력 공급 장치(3)에 의한 직류 기기(102)로의 전력 공급 시에 있어서, 제어부(73)로부터의 지시값에 기초하여, 출력 전류 Io2의 크기를 변동시키기 위한 제어가 행해진다.
감시 장치(7)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 직류 기기(102)에 공급되는 부하 전류 IL의 전류값을 검출하는 부하 전류 검출부(부하 전류 검출 수단)(70)와, 태양 전지(161) 및 연료 전지(163)의 공급 가능 범위 및 2차 전지(162)의 잔량을 검출하는 잔량 검출부(71)와, 부하 전류 검출부(70)에서 검출된 부하 전류 IL이 후술하는 최적 전류값 Im보다 큰 것인지의 여부를 판정하는 판정부(72)와, 각 제2 전원 기기(6)의 출력 전류 Io2의 크기를 제어하는 제어부(제어 수단)(73)를 구비하고 있다.
부하 전류 검출부(70)는, 전력 공급 장치(3)의 동작중에, 즉 전력 공급 장치(3)에 의한 직류 기기(102)로의 전력 공급 시에 있어서, 미리 설정된 시간 간격으로 각 직류 기기(102)로부터 필요한 전류를 검출하여, 직류 기기(102) 측의 총사용 전류인 부하 전류 IL을 검출한다. 미리 설정된 시간 간격은, 부하 추종을 만족하는 시간 간격(예를 들면, 수 msec간)이다. 이와 같이, 부하 전류 검출부(70), 직류 공급 선로 Wdc를 흐르는 전류(부하 전류 IL)의 값(전류값) I0를 계측하여 계측값으로서 출력하도록 구성된다.
잔량 검출부(71)는, 전력 공급 장치(3)의 동작중[전력 공급 장치(3)에 의한 직류 기기(102)로의 전력 공급 시]에, 상기 시간 간격으로 2차 전지(162)의 출력 전압 및 출력 전류를 검출하고, 검출 결과를 사용하여 2차 전지(162)의 잔량을 검출한다.
판정부(72)는, 부하 전류 검출부(70)로부터 계측값을 얻으면, 얻어진 계측값이 최적 전류값 Im보다 큰 것인지의 여부를 판정하도록 구성된다.
또한, 판정부(72)는, 전술한 바와 같이 부하 전류 IL이 최적 전류값 Im보다 큰 것인지의 여부를 판정하고, 잔량 검출부(71)에서 검출된 2차 전지(162)의 잔량이, 2차 전지(162)가 접속되어 있는 제2 전원 기기(BAT 컨버터)(6b)가 출력 전류 Io2(Iob)를 출력할 수 있는 만큼 충분한지의 여부도 판정한다. 구체적으로는, 2차 전지(162)의 잔량이, 미리 설정된 임계값 이상이면, 판정부(72)는, BAT 컨버터(6b)가 전류값 I2의 출력 전류 Iob를 출력할 수 있을 만큼 2차 전지(162)의 잔량이 충분한 것으로 판정한다. 한편, 2차 전지(162)의 잔량이 임계값 미만이면, 판정부(72)는, BAT 컨버터(6b)가 전류값 I2의 출력 전류 Iob를 출력할 수 있을 만큼 2차 전지(162)의 잔량이 충분하지 않은 것으로 판정한다.
제어부(73)는, 시스템 전체적으로 어느 전원 기기(5, 6)로부터 얼마만큼의 전력을 각 직류 기기(102)에 공급하면 되는지를 구하고, 그에 따라 각 전원 기기(5, 6)의 출력을 조정한다. 제어부(73)는, 각 제2 전원 기기(6)의 조정 수단(64) 각각에 대하여, 출력 전류 Io2의 전류값을 지시하기 위한 지시값을 송신한다. 그리고, 지시값은, 출력 전류 Io2의 전류값을 직접 나타내는 값이라도 되고, 출력 전류 Io2의 전류값을 환산한 전압값이라도 된다. 또한, 지시값은, 각 제2 전원 기기(6)에서의 출력 전류 Io2의 전류값을 지시하기 위한 값으로 한정되는 것은 아니며, 각 제2 전원 기기(6)에서의 출력 전력의 크기를 지시하기 위한 값이라도 된다.
도 4에 나타내는 CPU(640)는, 제어부(73)(도 1 참조)로부터의 지시값에 따른 크기의 출력 전압 V6을 출력한다. 비반전 증폭 회로(643)의 출력 전압 V7은, CPU(640)의 출력 전압 V6이 커짐에 따라 커지고, CPU(640)의 출력 전압 V6이 작아짐에 따라 작아진다.
또한, 전류 검출 수단(60)에는, 전압 폴로워(604)와 저항기(605)와의 사이에 차동(差動) 증폭 회로(606)가 삽입되어 있다. 차동 증폭 회로(606)는, 비반전 증폭 회로(643)의 출력 전압 V7과 전류 검출 수단(60)의 검출 전압[전압 폴로워(604)의 출력 전압] V4와의 차분 전압(V7-V4)에 비례한 전압 V8[=β(V7-V4)(β>0)]을 스위칭 IC(620)에 출력한다. 따라서, 검출 전압 V4가 같은 크기라도, 제어부(73)로부터의 지시값에 따라 출력 전압 V6 및 출력 전압 V7이 크게 되었을 경우, 스위칭 IC(620)에 출력되는 전압 V8도 커지게 된다. 반대로, 출력 전압 V6 및 출력 전압 V7이 작아진 경우, 스위칭 IC(620)에 출력되는 전압 V8도 작아진다. 그리고, β의 크기는, 후술하는 스위칭 IC(620)에 있어서, 전압 V8이 검출 전압 V5와 연산 가능하도록 설정된다.
스위칭 IC(620)는, 전압 V8과 검출 전압 V5와의 차분 전압(V8-V5), 즉 전압 βV7-(V5＋βV4)가 일정하게 되도록 온 듀티폭이 설정된 펄스폭 변조 신호 S2를 스위칭 소자(630)에 출력한다. 구체적으로는, 전압 βV7-(V5＋βV4)가 지금까지보다 커지면, 스위칭 IC(620)는, 전압 βV7-(V5＋βV4)가 작아지도록[전압 βV7-(V5＋βV4)가 지금까지와 같은 크기로 되도록], 펄스폭 변조 신호 S2의 온 듀티폭을 넓게 설정한다. 반대로, 전압 βV7-(V5＋βV4)가 지금까지보다 작아지면, 스위칭 IC(620)는, 전압 βV7-(V5＋βV4)가 커지도록[전압 βV7-(V5＋βV4)가 지금까지와 같은 크기로 되도], 펄스폭 변조 신호 S2의 온 듀티폭을 좁게 설정한다.
스위칭 소자(630)는, 예를 들면, 전계 효과 트랜지스터 등이며, 스위칭 IC(620)로부터의 펄스폭 변조 신호 S2가 저항기(635)를 통하여 게이트에 입력된다. 스위칭 소자(630)가 온으로 되면, 소스와 드레인 사이가 도통하여, 인덕터(632)에는 전자 에너지가 축적된다. 그 후, 스위칭 소자(630)가 오프로 되면, 인덕터(632)에 저장된 전자 에너지가 방출됨으로써 승압한다. 승압된 전압은, 평활 컨덴서(634)에서 평활된다. 평활 컨덴서(634)에서 평활된 직류 전압은, 출력 전압 Vo2로서 직류 기기(102)(도 1 참조)에 출력된다.
전술한 동작에 의해, 출력 전류 Io2(검출 전압 V4)가 지금까지보다 커지면, 전압 βV7-(V5＋βV4)가 지금까지보다 작아지지만, 전압 βV7-(V5＋βV4)가 지금까지와 같은 크기로 되도록 온 듀티폭을 좁게 설정하여 승압을 작게 함으로써, 출력 전압 Vo2(검출 전압 V5)를 지금까지보다 작게 할 수 있다. 한편, 출력 전류 Io2(검출 전압 V4)가 지금까지보다 작아지면, 전압 βV7-(V5＋βV4)가 지금까지보다 커지게 되지만, 전압 βV7-(V5＋βV4)가 지금까지와 같은 크기로 되도록 온 듀티폭을 넓게 설정하여 승압을 크게 함으로써, 출력 전압 Vo2(검출 전압 V5)를 지금까지보다 크게 할 수 있다.
따라서, 이와 같은 구성의 각 제2 전원 기기(6)는, 전압 βV7-(V5＋βV4)를 일정하게 함으로써, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 출력 전류 Io2가 커지면 출력 전압 Vo2가 단조(직선상으로) 감소하는 출력 전류-출력 전압 특성(Vo2＋αIo2가 일정값인 특성)으로부터 벗어나지 않도록 피드백 제어를 행할 수 있다.
이와 같은 출력 전류-출력 전압 특성을 가지는 각 제2 전원 기기(6)는, 제1 전원 기기(5)와 함께 사용된 교점을 가지는 상태에 있어서, 출력 전압 Vo2가 제1 전원 기기(5)의 출력 전압 Vo1에 맞추어져서 출력 전압 Vo2가 출력 전압 Vo1에 맞추어졌을 때의 출력 전류 Io2를 출력한다.
여기서, 출력 전류 Io2가 감소한 경우, 출력 전압 Vo2는, 도 6의 출력 전류-출력 전압 특성에 따라 변동되어, 일시적으로 커지게 된다[도 6의 (A)]. 출력 전압 Vo2가 커지면, 출력 전류 Io2는 커지고, 그 결과, 검출 전압 V4도 커지게 된다[도 6의 (B)]. 검출 전압 V4가 커지면, 전압 βV7-(V5＋βV4)가 작아짐으로써, 펄스폭 변조 신호 S2의 온 듀티폭이 좁아져, 출력 전압 Vo2(검출 전압 V5)는 작아진다[도 6의 (C)]. 이로써, 출력 전압 Vo2는 출력 전압 Vo1에 맞추어진다.
한편, 출력 전류 Io2가 증가한 경우, 출력 전압 Vo2는, 도 6의 출력 전류-출력 전압 특성에 따라 변동되어, 일시적으로 작아진다[도 6의 (D)]. 출력 전압 Vo2가 작아지면, 출력 전류 Io2는 작아지고, 그 결과, 검출 전압 V4도 작아진다[도 6의 (E)]. 검출 전압 V4가 작아지면, 전압 βV7-(V5＋βV4)가 커짐으로써, 펄스폭 변조 신호 S2의 온 듀티폭이 넓어져, 출력 전압 Vo2(검출 전압 V5)는 커지게 된다[도 6의 (F)]. 이로써, 출력 전압 Vo2는 출력 전압 Vo1에 맞추어진다.
이어서, 이와 같은 제2 전원 기기(6)에 대하여, 직류 기기(102) 측의 총사용 전류(부하 전류 IL)가 커지고, 출력 전압 Vo2(검출 전압 V5)가 일정한 상태 하에서, 출력 전류 Io2를 크게 하는 지시값이 제어부(73)로부터 있는 경우에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다. 먼저, 상기 지시값이 있으면, 출력 전압 V7 및 전압 V8[=β(V7-V4)]이 커지게 된다. 이 때, 전압 βV7-(V5＋βV4)가 커지므로, 펄스폭 변조 신호 S2의 온 듀티폭은 넓어지고, 출력 전압 Vo2는 일시적으로 출력 전압 Vo1보다 커진다[도 7의 (A)]. 이 동작은, 제2 전원 기기(6)의 출력 전압 Vo2에 소정 전압을 가산하는 것에 상당한다. 출력 전압 Vo2가 커지면, 출력 전류 Io2(검출 전압 V4)도 커지게 된다[도 7의 (B)]. 검출 전압 V4가 커지면, 전압 βV7-(V5＋βV4)는 작아지므로, 펄스폭 변조 신호 S2의 온 듀티폭은 좁아진다. 그 결과, 출력 전압 Vo2는 작아진다[도 7의 (C)]. 전술한 동작을 반복한 후, 출력 전압 Vo2는 출력 전압 Vo1이 된다. 이로써, 제2 전원 기기(6)는, 정전압 특성[제1 전원 기기(5)의 출력 전류-출력 전압 특성]과의 교점의 출력 전류 Io2가 지시값(전류값 I1)이 되도록 제2 전원 기기(6)의 출력 전류-출력 전압 특성을 시프트시킨 것이 되어, 지시값 대로 출력 전류 Io2를 출력한다.
이에 비해, 부하 전류 IL이 작아지고, 출력 전압 Vo2(검출 전압 V5)가 일정한 전제하에서, 출력 전류 Io2를 작게 하는 지시값이 제어부(73)로부터 있는 경우, 출력 전압 V7 및 전압 V8[=β(V7-V4)]이 작아진다. 이 때, 전압 βV7-(V5＋βV4)가 작아지므로, 펄스폭 변조 신호 S2의 온 듀티폭은 좁아지고, 출력 전압 Vo2는 일시적으로 출력 전압 Vo1보다 작아진다[도 7의 (D)]. 이 동작은, 제2 전원 기기(6)의 출력 전압 Vo2에 소정 전압을 감산하는 것에 상당한다. 출력 전압 Vo2가 작아지면, 출력 전류 Io2(검출 전압 V4)도 작아진다[도 7의 (E)]. 검출 전압 V4가 작아지면, 전압 βV7-(V5＋βV4)는 커지므로, 펄스폭 변조 신호 S2의 온 듀티폭은 넓어진다. 그 결과, 출력 전압 Vo2는 커지게 된다[도 7의 (F)]. 전술한 동작을 반복 후, 출력 전압 Vo2는 출력 전압 Vo1이 된다. 이로써, 제2 전원 기기(6)는, 정전압 특성[제1 전원 기기(5)의 출력 전류-출력 전압 특성]과의 교점의 출력 전류 Io2가 지시값(전류값) I0가 되도록 제2 전원 기기(6)의 출력 전류-출력 전압 특성을 시프트시킨 것이 되어, 지시값 가지의 출력 전류 Io2를 출력한다.
이와 같이, 조정 수단(64)은, 제어부(제어 수단)(73)로부터 지시값을 받으면, 경사 제어의 조건을 변경함으로써, 출력 전압 Vo2을 변화시키지 않고 출력 전류 Io2의 값을 수취한 지시값에 대응하는 값으로 설정하도록 구성된다. 조정 수단(64)은, 경사 제어의 조건을 변경함으로써, 출력 전류-출력 전압 특성을 시프트시킨다(즉, 출력 전류-출력 전압 특성을 나타내는 선을 평행이동시킨다).
전술한 바와 같이 제2 전원 기기(6)의 출력 전류-출력 전압 특성이 시프트한 후에도, 시프트 전과 마찬가지로, 제2 전원 기기(6)의 출력 전압 Vo2가 제1 전원 기기(5)의 출력 전압 Vo1에 맞추어지고, 출력 전압 Vo2가 출력 전압 Vo1에 맞추어졌을 때의 출력 전류 Io2를 출력한다.
전술한 바와 같이, 부하 전류 IL이 변화되었을 때, 각 제2 전원 기기(6)에서, 제어부(73)로부터의 지시값에 기초하여, 도 7에 나타낸 바와 같이, 출력 전류-출력 전압 특성을 시프트시킬 수 있다. 시프트시킨 후에 있어서도, 각 제2 전원 기기(6)는, 출력 전압 Vo2가 제1 전원 기기(5)의 출력 전압 Vo1에 맞추어지고, 출력 전압 Vo2가 출력 전압 Vo1과 같은 크기일 때의 출력 전류 Io2를 직류 기기(102)에 출력할 수 있다. 이로써, 부하 전류 IL이 변화되어도, 전력 공급 장치(3)는 각 제2 전원 기기(6)를 부하 전류 IL에 따른 출력 전류 Io2로 설정할 수 있고, 또한 부하 전류 IL이 변화되어도, 제2 전원 기기(6)의 출력 전압 Vo2가 제1 전원 기기(5)의 출력 전압 Vo1에 맞추어짐으로써, 상기 출력 전압 Vo2를 정전압으로 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 직류 기기(102)로의 전력 공급을 안정적으로 행할 수 있다.
이하에 일례를 나타낸다. 도 5에서는, (a)가 제2 전원 기기(6)의 출력 전류-출력 전압 특성을 나타내고, (b)가 제1 전원 기기(5)의 출력 전류-출력 전압 특성을 나타낸다. 여기서, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이, 제어부(73)로부터의 지시값으로서 I11이 지시되어 제2 전원 기기(6)의 출력 전류-출력 전압 특성을 도 5의 (c)의 화살표와 같이 시프트시켰을 경우, 제2 전원 기기(6)의 출력 전류 Io2를 I12로부터 I11로 증가시킬 수 있다.
또한, 제2 전원 기기(6)에 있어서, 출력 전류 Io2가 커짐에 따라 출력 전압 Vo2가 단조 감소하는 관계를, 제1 전원 기기(5)의 구성으로부터 부품수를 거의 증가시키지 않고, 용이하게 실현할 수 있다.
이어서, 도 1에 나타내는 감시 장치(7)에 대하여 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 제1 전원 기기(5)의 변환 효율이 최대가 될 때의 제1 전원 기기(5)의 출력 전류 Io1의 전류값을 최적 전류값 Im으로 한다. 즉, 최적 전류값 Im은, 제1 전원 기기(5)의 변환 효율이 최대일 때 제1 전원 기기(5)가 직류 공급 선로 Wdc에 출력하는 전류(출력 전류 Io1)의 값이다. 제1 전원 기기(5)의 변환 효율은, 예를 들면, 전력 변환 효율은, 제1 전원 기기(5)에 입력되는 상용 전원 AC로부터의 전력 PIN에 대한 제1 전원 기기(5)가 직류 공급 선로 Wdc에 출력하는 전력 POUT의 비의 값(=POUT/PIN)이다.
본 실시예에서는, 제어부(73)는, 최적 전류값 Im으로부터 계측값(부하 전류 IL의 값) I0가 큰 것으로 판정부(72)가 판정하면, 제2 전원 유닛(8)이 직류 공급 선로 Wdc에 출력하는 전류의 값(=Ioa＋Iob＋Ioc)이 계측값과 최적 전류값 Im과의 차분값과 동등하게 되도록, 제2 전원 기기(6)에 지시값을 출력하도록 구성된다.
즉, 감시 장치(7)의 제어부(73)는, 부하 전류 검출부(70)에서 검출된 부하 전류 IL이 최적 전류값 Im 이상인 경우, 제1 전원 기기(5)의 출력 전류 Io1이 최적 전류값 Im이 되도록, 즉 각 제2 전원 기기(6)의 출력 전압 Vo2가 제1 전원 기기(5)의 출력 전압 Vo1에 맞추어졌을 때의 각 제2 전원 기기(6)의 출력 전류 Io2의 총계가 부하 전류 IL의 전류값과 최적 전류값 Im과의 차분값에 상당하도록, 각 제2 전원 기기(6)의 조정 수단(64)(도 4 참조)에 대하여 각 제2 전원 기기(6)의 출력 전류-출력 전압 특성을 시프트시킨다.
한편, 제어부(73)는, 계측값 I0가 최적 전류값 Im 이하로 판정부(72)가 판정하면, 제2 전원 유닛(8)에 직류 공급 선로 Wdc로의 전류의 출력을 정지시키도록 구성된다. 예를 들면, 제어부(73)는, 계측값 I0가 최적 전류값 Im 이하로 판정부(72)가 판정하면, 제2 전원 유닛(8)의 각 제2 전원 기기(6)에, 출력 정지 신호를 송신하도록 구성된다. 상기 출력 정지 신호를 수취한 제2 전원 기기(6)는, 출력 전류 Io2의 출력을 정지하도록 구성된다.
다음으로, 본 실시예에 따른 전력 공급 장치(3)의 동작에 대하여 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
먼저, 부하 전류 검출부(70)가 부하 전류 IL의 전류값 I0를 검출한다(도 8의 S1). 이어서, 부하 전류 IL의 전류값 I0가 최적 전류값 Im보다 큰 것인지의 여부를 판정부(72)가 판정한다(S2). 전류값 I0가 최적 전류값 Im보다 큰 경우, 제어부(73)는, 태양 전지(161)의 공급 능력 범위 내에서 PV 컨버터(6a)의 출력 전류 Ioa가 전류값 I0와 최적 전류값 Im과의 차분값(I0-Im)이 되는 지시값을 PV 컨버터(6a)에 송신한다(S3). PV 컨버터(6a)는, 제어부(73)로부터 지시값을 받으면, 조정 수단(64)을 사용하여 PV 컨버터(6a)의 출력 전류-출력 전압 특성을 시프트시키고, 출력 전류 Ioa를 차분값(I0-Im)으로서 직류 기기(102)에 공급한다.
여기서, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이 PV 컨버터(6a)의 출력 전류 Ioa를 최대 전류값 I1로 해도 차분값(I0-Im)이 미치지 못할 경우(I0-Im>I1의 경우)(S4), 제어부(73)는, BAT 컨버터(6b)의 출력 전류 Iob가 전류값 I2(I2=I0-Im-I1)가 되는 지시값을 BAT 컨버터(6b)에 송신한다(S5). BAT 컨버터(6b)는, 제어부(73)로부터 지시값을 받으면, 조정 수단(64)을 사용하여 BAT 컨버터(6b)의 출력 전류-출력 전압 특성을 시프트시키고, 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이 출력 전류 Iob를 전류값 I2으로서 직류 기기(102)에 공급한다.
상기 단계 S3?단계 S5에 있어서, 차분값(I0-Im)을 보충하는 제어로서, PV 컨버터(6a)를 BAT 컨버터(6b)보다 우선함으로써, 에너지 절약화를 도모할 수 있다.
그리고, 단계 S4, S5의 다른 예로서, 제어부(73)는, 차분값(I0-Im)을 알게 된 시점에서, PV 컨버터(6a)의 출력 전류 Ioa를 현재의 일조(日照) 환경에서의 최대 전류값 I1로서도 아직 부족하며, 또한 BAT 컨버터(6b)의 출력 전류 Iob를 전류값 I2로 할 것을 계산에 의해 순간적으로 판단하고, 거기서부터, PV 컨버터(6a)의 출력 전류 Ioa가 최대 전류값 I1이 되도록 PV 컨버터(6a)에 지시값을 내리고, 또한 BAT 컨버터(6b)의 출력 전류 Iob가 전류값 I2로 되도록 BAT 컨버터(6b)에 지시값을 내릴 수도 있다.
그 후, 제1 전원 기기(5)로부터는, 최적 전류값 Im의 출력 전류 Io1이 직류 기기(102)에 공급된다(S6). 그리고, PV 컨버터(6a)나 BAT 컨버터(6c)의 출력 전류 Ioa, Iob의 시프트가 완료되어, 총계로서 전류값 I0의 전류가 출력될 때까지는, 제1 전원 기기(5)로부터 부족분이 공급되어, 부하[직류 기기(102)]에 대한 안정적인 공급에는 문제가 없다.
한편, 단계 S2에 있어서, 부하 전류 IL의 전류값 I0가 최적 전류값 Im 이하인 경우, 제어부(73)는, 각 제2 전원 기기(6)의 전류 출력을 정지하도록 각 제2 전원 기기(6)를 제어한다. 이로써, 제1 전원 기기(5)로부터는, 전류값 I0의 출력 전류 Io1이 직류 기기(102)에 공급된다(S6).
또한, 단계 S4에 있어서, 차분 전류(부하 전류-최적 전류값)가 PV 컨버터(6a)의 출력 전류 Ioa와 같은 경우, 제어부(73)는, PV 컨버터(6a) 이외의 제2 전원 기기(6)[BAT 컨버터(6b), FC 컨버터(6c)]의 전류 출력을 정지시킨다. 이로써, 제1 전원 기기(5)로부터는, 최적 전류값 Im의 출력 전류 Io1이 직류 기기(102)에 출력된다(S6). 즉, 제어부(73)는, 제2 전원 기기(6a)에 지시값을 송신하고, 나머지 제2 전원 기기(6b, 6c)에 출력 정지 신호를 송신한다.
전술한 동작에 의해, 본 실시예에 따른 전력 공급 장치(3)는, 부하 전류 IL이 증가하면, PV 컨버터(6a) 및 BAT 컨버터(6b)의 출력 전류 Ioa, Iob의 총량을 부하 전류 IL의 증가분만큼 증가시키고, 부하 전류 IL이 감소하면, 출력 전류 Ioa, Iob의 총량을 부하 전류 IL의 감소분만큼 감소시킨다. 그리고, PV 컨버터(6a) 및 BAT 컨버터(6b)의 출력 전류 Ioa, Iob의 총계를 감소시키는 경우, 최초에 BAT 컨버터(6b)의 출력 전류 Iob를 감소시키고, 다음으로, PV 컨버터(6a)의 출력 전류 Ioa를 감소시키도록 제어해도 된다.
전력 공급 장치(3)는, 단계 S1 내지 단계 S6까지의 동작을 정기적(미리 설정된 시간 간격)으로 행하면, 각 전지(161?163)의 공급 능력이 변동한 경우나 부하 전류 IL의 크기가 변동한 경우라도, 변동에 대응한 출력 전류 Io2의 설정을 행할 수 있다. 미리 설정된 시간 간격은, 부하 추종을 만족하는 시간 간격(예를 들면, 수 msec간)이다. 그리고, 전력 공급 장치(3)는, 단계 S1 내지 단계 S6까지의 동작을, 미리 설정된 시간 간격 이외에 행해도 된다.
본 실시예의 전력 공급 장치(3)는, 상용 전원 AC를 입력 전원으로 하고 출력 전류 Io1의 크기에 관계없이 정전압으로 되는 직류 전압을 출력 전압 Vo1로 하는 상용 전원용 전원 기기(제1 전원 기기)(5)와, 전원 전압이 입력되고 출력 전류 Io2가 커짐에 따라 단조 감소하는 직류 전압을 출력 전압 Vo2로 하고 제1 전원 기기(5)와 병렬 운전하여 직류 전력을 부하 기기(102)에 공급하는 1 내지 복수개의 다른 전원 기기(제2 전원 기기)(6)와, 부하 기기(102)에 공급되는 부하 전류 IL의 전류값을 검출하는 부하 전류 검출 수단(부하 전류 검출부)(70)과, 제2 전원 기기(6)의 출력 전류 Io2의 전류값을 제어하는 제어 수단(제어부)(73)을 구비하고, 제1 전원 기기(5)의 변환 효율이 최대가 될 때의 제1 전원 기기(5)의 출력 전류 Io1의 전류값을 최적 전류값 Im으로 하고, 제2 전원 기기(6)는, 부하 기기(102)로의 전력 공급 시에 출력 전류 Io2와 출력 전압 Vo2의 관계를 나타내는 출력 전류-출력 전압 특성을 시프트시키는 조정 수단(64)을 가지고, 제어부(73)는, 부하 전류 검출부(70)에서 검출된 부하 전류 IL이 최적 전류값 Im보다 큰 경우, 제2 전원 기기(6)의 출력 전류 Io2의 총계가 부하 전류 IL과 최적 전류값 Im의 차분 전류에 상당하도록, 조정 수단(64)에 대하여 제2 전원 기기(6)의 출력 전류-출력 전압 특성을 시프트시킨다.
즉, 본 실시예의 전력 공급 장치(3)는, 부하 기기(102)가 접속되는 직류 공급 선로 Wdc에 접속되고, 직류 공급 선로 Wdc를 통해서 부하 기기(102)에 직류 전력을 공급하는 제1 전원 기기(5) 및 제2 전원 유닛(6)과, 직류 공급 선로 Wdc를 흐르는 전류(부하 전류 IL)의 값(전류값) I0를 계측하여 계측값 I0로서 출력하는 부하 전류 검출 수단(부하 전류 검출부)(70)과, 부하 전류 검출부(70)로부터 계측값 I0를 얻으면, 얻어진 계측값 I0가 최적 전류값 Im보다 큰 것인지의 여부를 판정하는 판정 수단(판정부)(72)과, 제어 수단(제어부)(73)을 구비한다. 제1 전원 기기(5)는, 상용 전원 AC에 접속되고, 상용 전원 AC으로부터 얻은 전력을 직류 전력으로 변환함으로써, 직류 공급 선로 Wdc에 출력하는 전류(출력 전류) Io1의 크기에 관계없이 직류 공급 선로 Wdc에 일정한 전압(출력 전압) Vo1을 인가하는 정전압 제어를 행하도록 구성된다. 최적 전류값 Im는, 제1 전원 기기(5)의 변환 효율이 최대일 때 제1 전원 기기(5)가 직류 공급 선로 Wdc에 출력하는 전류(출력 전류) Io1의 값이다. 제2 전원 유닛(8)은, 제2 전원 기기(6)를 구비한다. 제2 전원 기기(6)는, 직류 공급 선로 Wdc에 출력하는 출력 전류 Io2가 증가함에 따라 직류 공급 선로 Wdc에게 인가하는 출력 전압 Vo2를 단조 하강시키고, 출력 전류 Io2가 감소함에 따라 출력 전압 Vo2를 단조 상승시키는 경사 제어를 행하도록 구성된다. 제어부(73)는, 최적 전류값 Im보다 계측값 I0가 큰 것으로 판정부(72)가 판정하면, 제2 전원 유닛(8)이 직류 공급 선로 Wdc에 출력하는 전류의 값이 계측값 I0와 최적 전류값 Im과의 차분값(차분 전류의 값)과 같아지도록, 제2 전원 기기(6)에 지시값을 출력하도록 구성된다. 제2 전원 기기(6)는, 제어부(73)로부터 수취한 지시값에 따라 출력 전류 Io2의 값을 조정하는 조정 수단(64)을 구비한다. 조정 수단(64)은, 제어부(73)로부터 지시값을 받으면, 경사 제어의 조건을 변경함으로써, 출력 전압 Vo2를 변화시키지 않고 출력 전류 Io2의 값을 지시값에 대응하는 값으로 설정하도록 구성된다.
이상, 본 실시예에 의하면, 부하 전류 IL이, 상용 전원 AC가 접속되어 있는 제1 전원 기기(5)가 최대 변환 효율로 될 때의 출력 전류 Io1의 전류값(최적 전류값 Im) 이상인 경우에, 제1 전원 기기(5)의 출력 전류 Io1이 최적 전류값 Im으로 되도록 각 제2 전원 기기(6)의 출력 전류 Io2의 전류값을 조정함으로써, 제1 전원 기기(5)를 최대 변환 효율의 상태로 운전시킬 수 있다.
또한, 제어부(73)는, 부하 전류 검출부(70)에서 검출된 부하 전류 IL이 최적 전류값 Im 이하인 경우, 제2 전원 기기(6)의 전류 출력을 정지하도록 제2 전원 기기를 제어한다. 즉, 제어부(73)는, 계측값 I0가 최적 전류값 Im 이하로 판정부(72)가 판정하면, 제2 전원 유닛(8)에 직류 공급 선로 Wdc로의 전류의 출력을 정지시키도록 구성된다.
그러므로, 본 실시예에 의하면, 부하 전류 IL이 최적 전류값 Im보다 작은 경우라도, 제1 전원 기기(5)를 가능한 한 최대 변환 효율에 가까운 상태에서 운전시킬 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는, 부하 전류 IL이 최적 전류값 Im보다 큰 경우에, 차분 전류(부하 전류-최적 전류값)를 PV 컨버터(6a)와 BAT 컨버터(6b)의 조합에 의해 보충하지만, 본 실시예의 변형예로서 상기 차분 전류를 PV 컨버터(6a)와 BAT 컨버터(6b)의 조합이 아니라, PV 컨버터(6a)와 FC 컨버터(6c)의 조합 또는 BAT 컨버터(6b)와 FC 컨버터(6c)의 조합에 의해 보충해도 된다.

Claims (3)

  1. 부하(負荷) 기기가 접속되는 직류 공급 선로에 접속되고, 상기 직류 공급 선로를 통해서 상기 부하 기기에 직류 전력을 공급하는 제1 전원 기기 및 제2 전원 유닛;
    상기 직류 공급 선로를 흐르는 전류의 값을 계측하여 계측값으로서 출력하는 부하 전류 검출 수단;
    상기 부하 전류 검출 수단으로부터 상기 계측값을 얻으면, 얻어진 상기 계측값이 최적 전류값보다 큰 것인지의 여부를 판정하는 판정 수단; 및
    제어 수단
    을 포함하고,
    상기 제1 전원 기기는, 상용 전원(commercial power source)에 접속되고, 상기 상용 전원으로부터 얻은 전력을 직류 전력으로 변환함으로써, 상기 직류 공급 선로에 출력하는 전류의 크기에 관계없이 상기 직류 공급 선로에 일정한 전압을 인가하는 정전압(定電壓) 제어를 행하도록 구성되며,
    상기 최적 전류값은, 상기 제1 전원 기기의 변환 효율이 최대일 때 상기 제1 전원 기기가 상기 직류 공급 선로에 출력하는 전류의 값이며,
    상기 제2 전원 유닛은, 적어도 1개의 제2 전원 기기를 포함하고,
    상기 제2 전원 기기는, 상기 직류 공급 선로에 출력하는 출력 전류가 증가함에 따라 상기 직류 공급 선로에 인가하는 출력 전압을 단조(單調) 하강시키고, 상기 출력 전류가 감소함에 따라 상기 출력 전압을 단조 상승시키는 경사 제어를 행하도록 구성되며,
    상기 제어 수단은, 상기 최적 전류값보다 상기 계측값이 큰 것으로 상기 판정 수단이 판정하면, 상기 제2 전원 유닛이 상기 직류 공급 선로에 출력하는 전류의 값이 상기 계측값과 상기 최적 전류값과의 차분값과 같아지도록, 상기 제2 전원 기기에 지시값을 출력하도록 구성되며,
    상기 제2 전원 기기는, 상기 제어 수단으로부터 수취한 상기 지시값에 기초하여, 상기 출력 전류의 값을 조정하는 조정 수단을 포함하고,
    상기 조정 수단은, 상기 제어 수단으로부터 상기 지시값을 받으면, 상기 경사 제어의 조건을 변경함으로써, 상기 출력 전압을 변화시키지 않고 상기 출력 전류의 값을 상기 지시값에 대응하는 값으로 설정하도록 구성되는, 전력 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은, 상기 계측값이 상기 최적 전류값 이하로 상기 판정 수단이 판정하면, 상기 제2 전원 유닛에 상기 직류 공급 선로에 대한 전류의 출력을 정지시키도록 구성되는, 전력 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전원 유닛은, 복수개의 상기 제2 전원 기기를 포함하고,
    상기 제2 전원 유닛이 상기 직류 공급 선로에 출력하는 전류의 값은, 상기 복수개의 제2 전원 기기의 상기 출력 전류의 값의 총계인, 전력 공급 장치.
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