WO2011055184A1

WO2011055184A1 - 電力供給装置およびそれに用いられるコントローラ

Info

Publication number: WO2011055184A1
Application number: PCT/IB2010/002683
Authority: WO
Inventors: 賢二中北; 清隆竹原
Original assignee: パナソニック電工株式会社
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2011-05-12
Also published as: JP2011091968A

Abstract

　電力供給装置は、それぞれ入力電力を所望の出力電力に変換する複数台の電力変換器からなる変換器群を有し、変換器群の全電力変換器から出力される出力電流の総和を総出力電流として負荷へ供給する。変換器群の電力変換器に総出力電流を割り当てる場合において、変換器群の全体における入力電力の総和が最小になるように総出力電流を割り当てる。

Description

明細書電力供給装置およびそれに用いられるコントローラ技術分野

本発明は、入力電力を所望の出力電力に変換する電力変換器を有した電力供給装置およびそれに用いられるコントローラに関するものである。背景技術

従来から、たとえば住宅などの分電盤内に配設した大容量且つ高効率の AC/DCコンバータ（交流直流変換装置）によって商用電源からの交流電力を直流電力に変換し、直流負荷（直流電力の供給を受けて動作する負荷）に対し分電盤から配電路を介して直流電力を配電する配電システムが提案されている（たとえば特許文献 1参照）。

特許文献 1に記載の配電システムは、二次電池や太陽電池等を分散電源として用いることにより、商用電源からの電力を変換して得られる直流電力だけでなく、これらの分散電源から得られる直流電力も併せて利用可能に構成される。これらの分散電源には、出力電圧を昇圧若しくは降圧する電力変換器として D C D Cコンバータが設けられている。ここで、一般的な電力変換器は、電力の変換効率がその出力電流（出力電力）の大きさに応じて変化することが知られている。そこで、特許文献 1においては、電力変換器たる A CZD Cコンバ一タを最大の変換効率に近い状態で動作させるように、他の分散電源の出力を制御する構成を採用している。なお、特許文献 1には、 ACZDCコンパ一タを複数台並設し、負荷への供給電力の大きさに応じて運転する A CZDCコンバータの台数を増減させることも記載されている。

【特許文献 1】日本特開 2009— 1 53301号公報

ところで、従来の配電システムにおいては、複数台の電力変換器（AC/DCコンパ一タ、 DCZDCコンバータ等）を有する電力供給装置から負荷に電力供給を行う場合に、これら複数台の電力変換器全体としての電力変換効率を高くするという発想はない。そのため、一部の電力変換器に着目すれば高い変換効率で動作しているものの、複数台の電力変換器全体としては変換効率が低く、結果的に、電力供給装置全体として電力変換の際に生じる損失が大きくなる可能性がある。たとえば、特許文献 1の例では、 ACZDCコンバータは最大の変換効率に近い状態で動作するものの、他の分散電源の DCZDCコンパ —タの変換効率が低いために配電システム全体としては電力の変換効率が低くなる可能性がある。発明の概要本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、複数台の電力変換器全体としての電力の変換効率を高くすることができる電力供給装置およびそれに用いられるコントローラを提供する。

本発明の態様によれば、それぞれ入力電力を所望の出力電力に変換する複数台の電力変換器からなる変換器群を有し、当該変換器群の全電力変換器から出力される出力電流の総和を総出力電流として負荷へ供給するが、前記変換器群の電力変換器に総出力電流を割り当てる場合において、前記変換器群の全体における入力電力の総和が最小になるように総出力電流を割り当てる電力供給装置が提供される。

また、前記各電力変換器における電力の変換効率はそれぞれの出力電流の大きさに応じて変化し、前記各電力変換器について出力電流と変換効率との対応関係が予め記憶されている効率記憶部と、前記変換器群の各電力変換器への総出力電流の割り当ての規則を表す割当パターンが予め複数記憶されているパターン記憶部と、前記変換器群に要求する総出力電流を指示する総出力指示部と、前記総出力指示部で指示された総出力電流および効率記憶部に記憶されている変換効率を用いて前記パターン記憶部内の 1つの割当パターンを適用パターンとして選択する分担決定部と、前記選択された適用パターンに従って前記各電力変換器へ総出力電流が割リ当てられるように前記各電力変換器の出力を制御する割付制御部とをさらに備え、前記分担決定部が、前記パターン記憶部内の各割当パターンに従つて前記変換器群の電力変換器へ総出力電流を割り当てた場合における前記変換器群全体での入力電力の総和を、前記効率記憶部内の変換効率を用いて割当パターンごとに算出し、当該入力電力の総和が最小となる割当パターンを適用パターンとして選択しても良い。

この構成によれば、複数台の電力変換器からなる変換器群から出力される出力電流の総和である総出力電流が、分担決定部で選択された適用パターンに従って変換器群の各電力変換器に割り当てられるので、総出力電流が一定であっても、選択される適用パターンによって個々の電力変換器から出力される出力電流が変化する。ここで、分担決定部は、パターン記憶部に予め記憶されている複数の割当パターンのそれぞれに従って変換器群の電力変換器へ総出力電流を割り当てた場合における変換器群全体での入力電力の総和を、効率記憶部内の変換効率を用いて割当パターンごとに算出し、当該入力電力の総和が最小となる割り当てパターンを適用パターンとして選択する。したがって、当該選択パターンに従って総出力電流の割り当てを行うことにより、他の割当パターンに従って割り当てを行う場合に比べ、変換器群を構成する複数台の電力変換器全体としての電力の変換効率が高くなる。その結果、電力供給装置全体として電力変換の際に生じる損失を小さくできるという利点がある。

また、前記パターン記憶部には、前記変換器群の少なくとも 1台の前記電力変換器に対し各々の変換効率が最大となる出力電流ずつ前記総出力電流を割り当てた上で総出力電流の残余分を変換器群のいずれか 1台の電力変換器に割り当てる偏重パターンと、変換器群の全電力変換器に対し総出力電流を電力変換器間での出力電流のばらつきが小さくなるように割リ当てる全平均化パターンと、変換器群の一部の電力変換器に対し電力変換器間での出力電流のばらつきが小さくなるように割り当てる準平均化パターンとのうち、少なくとも 2つ以上の割当パターンが予め記憶されていても良い。

この構成によれば、偏重パターンと全平均化パターンと準平均化パターンとのいずれの割当パターンが選択されても、変換器群の各電力変換器への総出力電流の割り当てが比較的単純な演算で可能であるため、総出力電流を割り当てる際の処理負荷を軽減することができる。

また、前記偏重パターンが、変換効率が最大となる出力電流を割り当てた前記電力変換器とは別の電力変換器に前記残余分を割り当てる第 1パターンと、効率変換が最大となる出力電流を割り当てた電力変換器のうちいずれかの電力変換器に残余分を割り当てる第 2 パターンとに分けられても良い。

この構成によれば、偏重パターンがさらに細かく第 1パターンと第 2パターンとに分けられているので、分担決定部が適用パターンを選択する際の選択肢が増え、より適切な割当パターンに従って総出力電流を割り当てることが可能になる。

また、前記変換器群の少なくとも 1台の前記電力変換器が交流電力を直流電力に変換する交流/直流変換装置からなるようにしても良い。

この構成によれば、商用電源からの交流電力を直流電力に変換して負荷に提供するような電力供給装置においても、変換器群を構成する複数台の電力変換器全体としての電力の変換効率を高くでき、電力供給装置全体として電力変換の際に生じる損失を小さくできる。また、前記変換器群の全電力変換器が、出力電流に対する電力の変換効率の変化特性が共通であるようにしても良い。

この構成によれば、変換器群の全電力変換器は、出力電流に対する電力の変換効率の変化特性が共通であるから、割り当てられるべき電流値の組合せが決まれば、各電流値をいずれの電力変換器に割り当てても、変換器群を構成する複数台の電力変換器全体としての電力の変換効率は一定となる。そのため、分担決定部が適用パターンを選択する際の選択肢が少なくなリ、分担決定部の処理を簡略化することができる。

また、前記各電力変換器からの出力電流量の積算値を電力変換器ごとに監視する積算監視部をさらに設け、前記分担決定部が、前記変換器群全体での入力電力の総和が最小となる前記出力電流の組合せを決定する組合せ決定部と、各出力電流をいずれの前記電力変換器に割り当てるかを決定する固有割当部とを有し、前記固有割当部が、出力電流量の積算値が小さい電力変換器から順に大きな出力電流が割リ当てられるように、各出力電流の割り当て先を決定しても良い。

この構成によれば、固有割当部により出力電流量の積算値が小さい電力変換器から順に大きな出力電流が割リ当てられるので、電力変換器間での出力電流量の積算値のばらつきを小さくすることができる。すなわち、複数台の電力変換器を偏りなく使用することができ、特定の電力変換器のみが酷使されることで特定の電力変換器の寿命が短くなることを回避できるという利点がある。

また、前記変換器群の少なくとも 1台の前記電力変換器が、出力電流に対する電力の変換効率の変化特性が他の電力変換器と異なっていても良い。

この構成によれば、変換器群の少なくとも 1台の電力変換器は、出力電流に対する電力の変換効率の変化特性が他の電力変換器と異なるから、割り当てられるべき電流値の組合せのみならず、各電流値をいずれの電力変換器に割り当てるかによつても、変換器群を構成する複数台の電力変換器全体としての電力の変換効率が変化する。そのため、分担決定部が適用パターンを選択する際の選択肢が増え、より適切な割当パターンに従って総出力電流を割リ当てることが可能になる。

本発明の他の態様によれば、上記の電力供給装置に用いられ、前記効率記憶部と前記パタ一ン記憶部と前記総出力指示部と前記分担決定部と前記割付制御部とを含み、前記装置本体に備えるコントローラが提供される。

この構成によれば、複数台の電力変換器からなる変換器群を有し、当該変換器群の全電力変換器から出力される出力電流の総和を総出力電流として負荷へ供給する既設の電力供給装置に対し、比較的簡単なシステム構成の変更を行うだけで、上述した効果のうちのいずれかと同様の効果を奏することができる。発明の効果

本発明は、分担決定部が、パターン記憶部に予め記憶されている複数の割当パターンのそれぞれに従って変換器群の電力変換器へ総出力電流を割り当てた場合における変換器群全体での入力電力の総和を、効率記憶部内の変換効率を用いて割当パターンごとに算出し、当該入力電力の総和が最小となる割り当てパターンを適用パターンとして選択する。したがって、当該選択パターンに従って総出力電流の割り当てを行うことにより、他の割当パターンに従う場合に比べ、変換器群を構成する複数台の電力変換器全体としての電力の変換効率が高くなるという利点がある。図面の簡単な説明

本発明の目的及び特徴は以下のような添付図面とともに与えられた後述する好ましい実施形態の説明から明白になる。

【図 1】本発明の実施形態 1の配電システムの要部の概略ブロック図である。

【図 2】同上の全体構成を示す概略ブロック図である。

【図 3】同上に用いる A C Z D Cコンバータの変換効率一出力特性図である。

【図 4】同上の分担決定部の動作を示すフローチヤ一トである。

【図 5】同上の他の構成を示す要部の概略ブロック図である。

【図 6】本発明の実施形態 2の動作を示す説明図である。発明を実施するため最良の形態以下、本発明の実施形態が本明細書の一部をなす添付図面を参照にしてよリ詳細に説明する。図面全体において、同一または類似した部分には同じ部材符号を付してそれについての重複する説明を省略する。

(実施形態 1 )

本実施形態の配電システムは、図 2に示すように電力変換器としての AC/DCコンパータ 2 a, 2 b, 2 c (以下、各々を特に区別しない場合には単に Γ A C D Cコンパ一タ 2J という）と、分散電源としての蓄電装置 3および太陽電池 4と、 AC/DCコンパータ 2、蓄電装置 3、太陽電池 4等の動作を制御するコントローラ 1とを備えている。この配電システムは、 AC/DCコンバータ 2、蓄電装置 3、太陽電池 4の各々から出力される出力電流を、配電路 5を介して複数の負荷 6に供給するように構成される。ここに例示する負荷 6は、直流電力の供給を受けて動作する直流負荷であって、たとえば LED (発光ダイォ一ド）照明装置や住宅用警報機などからなる。

AC/DCコンバータ 2は商用電源 ACに対して複数台（本実施形態では 3台）並列接続されており、これら複数台の ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cにて一群の変換器群 20を構成する。これらの AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cはそれぞれ商用電源 A Cからの交流電力を直流電力に変換し、変換器群 20を構成する全 A C D Cコンパ一タ 2 a, 2 b, 2 cから出力される出力電流の総和が総出力電流として負荷 6へ供給されるように配電路 5に対して接続される。

ここで、各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cは、いわゆるスイッチング電源装置であって、図 3に示すように交流電力を直流電力に変換する際の電力の変換効率が、出力される出力電流の大きさに応じて変化する変換効率一出力特性を有する。本実施形態では、 A CZDCコンパ一タ 2は出力電流が定格電流値よりも低い最大効率値 I pのときに変換効率が最大となり、且つ変換器群 20内の全 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b. 2 cで共通の変換効率一出力特性（変換効率曲線）を持つように構成されているものとする。すなわち、 A CZDCコンバータ 2における電力の変換効率は、出力電流が最大効率値 I pのときに最大となリ最大効率値 I pから増大あるいは減少するのに伴って低下することになる。

蓄電装置 3は、二次電池（図示せず）を主構成とし、 AC/DCコンバータ 2および太陽電池 4から配電路 5を介して配電される直流電力によって二次電池を充電するとともに、二次電池の電力を配電路 5へ放電させる充放電回路（図示せず）と、充放電回路の動作を制御する制御回路（図示せず）とを備えている。充放電回路には、二次電池の放電電圧を昇圧若しくは降圧する電力変換器としての D CZDCコンバータが設けられている。また、太陽電池 4には、その出力電圧を昇圧若しくは降圧する電力変換器としての DC DCコンバ一タ（図示せず）が付設されており、太陽電池 4の発電電力が当該 DC/DCコンパータを介して配電路 5に送出されるように構成される。

しかして、配電路 5に対しては、 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 c、蓄電装置 3、太陽電池 4から一定電圧の直流電圧が印加されることになる。

コントローラ 1は、配電路 5に接続されており、 ACZDCコンバータ 2と蓄電装置 3 と太陽電池 4との各々から出力される出力電流や二次電池の残容量、並びに負荷 6で消費される電力を監視し、 AC/DCコンバータ 2の動作や、蓄電装置 3の充放電動作（DC D Cコンバータの動作を含む）等を制御する。ここでは、コントローラ 1 と AC/DC コンバータ 2との間、さらにコントローラ 1と各分散電源の制御回路との間で、配電路 5 を介してデータ伝送可能となるように通信機能が設けられる。当該通信機能は、配電路 5 を通して負荷 6に印加される直流電圧に通信信号を重畳させて通信を行うものであって、この種の通信機能については周知であるから詳細な説明は省略する。コントローラ 1 と変換器群 20とは、電力供給装置を構成する。

次に、コントローラ 1および ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cからなる電力供給装置のより具体的な構成について図 1を参照して説明する。

各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cは、配電路 5を介してコントローラ 1等と通信を行う通信部 21と、入力電力を直流電力に変換して出力する電流制御回路 24と、電流制御回路 24をフィードバック制御することにより配電路 5に出力される出力電流の大きさを制御する出力制御部 23とを有する。なお、図 1では 1台の ACZDCコンバータ 2 aについてのみ内部構成を図示しているが、他の A C D Cコンバータ 2 b , 2 cについても同様の構成とする。

コントローラ 1は、配電路 5を介して ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 c等と通信を行う通信部 1 1と、変換器群 20から出力する必要のある総出力電流を算出する総出力指示部 1 2とを備えている。総出力指示部 1 2は、通信部 1 1を介して収集した二次電池の残容量ゃ充放電能力、太陽電池 4の動作状況（発電量）と、負荷 6での消費電流との関係から、変換器群 20の AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cが出力すべき総出力電流を算出する。つまり、蓄電装置 3および太陽電池 4から配電路 5に出力される電流が、配電路 5に接続された負荷 6で消費される電流よりも小さい場合に、その差分が、変換器群 20から出力すべき総出力電流となる。仮に蓄電装置や太陽電池がないシステム構成とすれば、負荷 6での消費電流が総出力電流となる。

さらに、コントローラ 1は、各 A CZD Cコンバータ 2 a , 2 b, 2 cについて出力電流と変換効率との対応関係が予め記憶された効率記憶部 1 3と、各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cへの総出力電流の割り当て方の規則を表す割当パターンが予め複数種類記憶されたパターン記憶部 1 4とを有する。また、コントローラ 1には、パターン記憶部 1 4内に記憶されたいずれの割当パターンを適用して総出力電流の割り当てを行うのかを決定する分担決定部 1 5と、分担決定部 1 5で選択された割当パターンに従って実際に総出力電流の割り当ての指示を出す割付制御部 1 6とが設けられる。本実施形態では予め設定された割当パターンがパターン記憶部 1 4内に記憶されるが、割当パターンを予め設定せずに、演算により割当パターンを得ることも可能である。ここで、全 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cで変換効率一出力特性は共通であるから、効率記憶部 1 3には上述した図 3の変換効率一出力特性に基づいて、たとえば下記表 1のような出力電流と変換効率との対応関係を示す効率テーブルが記憶されることになる。表 1の例では、 ACZ DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの定格電流値（4. 0 〔A〕とする）までの出力電流に対応する電力変換効率が出力電流の 0. 1 〔A〕刻みで表されている。つまり、各 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cは、それぞれの出力する出力電流が最大効率値（ここでは 2. 0 〔A〕） I pのときにその電力変換効率が最大（ここでは 75 〔％〕）となる。以下、表 1の効率テーブルを前提として説明する。

【表 1】

パターン記憶部 1 4に記憶される割当パターンは、変換器群 20から総出力電流を出力させる際に、変換器群 20を構成する複数台の ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cのそれぞれに対して総出力電流をどのように割り当てるのかを指定するものである。つまり、割当パターンは、ある大きさの総出力電流を変換器群 20に出力させるために、変換器郡 20を構成する各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに対してそれぞれ出力させる必要のある出力電流の大きさを決定するためのル一ルを表している。本実施形態においては、パターン記憶部 1 4には下記表 2に示す「No. 1」〜「N o. 6」の 6種類の割当バタ —ンが記憶される。なお、「No. 1」 ~ ΓΝο. 6」の割当パターンは一例に過ぎず、これらの一部のみを割当パターンとして用いることや、その他の割当パターンを用いることも可能である。

【表 2】割り当て例番号パターン名内容

2a 2b 2c

1台以上の AC/DCコンバータにそれぞれのピー偏重

No.1 ク効率で割当後、別の 1 台に残りの電流を割 2A 2A 1A

(第 1)

り当て

1台以上の AC/DCコンバータにそれぞれのピ一偏重

No.2 ク効率で割当後、そのうちの 1 台に残りの電 3A 2A OA

(第 2)

流を上乗せ全平均化全 AC/DCコンバ一タに極力均等に割当（小数第

No.3 1.7A 1.7A 1.6A

(均等型） 1位まで）

全 AC/DC コンバータに整数レベルで極力均等全平均化

No.4 に割当後、そのうちの 1 台に残りの電流を上 2A 2A 1A

(残余型）準平均化 —部の AC/DGコンパ一タに極力均等に割当（小

No.5 2.5A 2.5A OA (均等型) 数第 1位まで）

—部の AC/DC コンバータに整数レベルで極力準平均化

No.6 均等に割当後、そのうちの 1 台に残りの電流 3A 2A OA (残余型）

を上乗せ表 2における各割当パターンについて以下に説明する。表 2の右端の「割り当て例」の欄は、総出力電流を 5. 0 〔A〕とした場合に、各割当パターンにより各 AC/DCコンバ一タ 2 a, 2 b, 2 cに割り当てられる電流値の一例を示している。

「No. 1 J 〜「N O. 6」の 6種類の割当パターンは、「N O. 1」および ΓΝ Ο. 2」の偏重パターンと、「Ν ο. 3」および ΓΝ ο. 4」の全平均化パターンと、 ΓΝ Ο. 5 J および ΓΝο. 6 J の準平均化パターンとに大別される。

まず、偏重パターン（No. 1 , 2) は、変換器群 20の少なくとも 1台の ACZDC コンバータ 2に対し、各々の変換効率が最大となる出力電流（最大効率値 I p) ずつ総出力電流を割り当てた上で、総出力電流の残余分をいずれか 1台の A CZDCコンバータ 2 に割り当てるパターンである。そのため、この偏重パターンでは、個別の ACZDCコンバ一タ 2 a, 2 b, 2 cの変換効率を高くすることに重点が置かれることになる。

ここに、 ΓΝο. 1」の第 1パターンと ΓΝ Ο. 2」の第 2パターンとでは、総出力電流の残余分の扱いが異なっている。つまり、第 1パターンでは、既に最大効率値 I ρの出力電流が割り当てられた AC/DCコンバータ 2以外の 1台の ACZDCコンバータ 2に残余分の電流を割り当てる。したがって、残余分の電流が最大効率値 I p以下であれば、残余分の電流が割り当てられた A CZDCコンバータ 2からは最大効率値 I p以下の出力電流が出力される。そのため、たとえば総出力電流が 5. 0 〔A〕の場合、「No. 1 J の割当パターンでは総出力電流は各 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに 2〔 A〕、 2〔 A〕、 1 〔A〕ずつ割り当てられる。

これに対し、第 2パターンでは、既に最大効率値の出力電流が割り当てられた ACZD Cコンバータ 2のうちいずれか 1台に残余分の電流を上乗せする。したがって、残余分の電流が割り当てられた A CZDCコンバータ 2からは最大効率値 I pよりも大きい出力電流が出力される。そのため、たとえば総出力電流が 5. 0 〔A〕の場合、 ΓΝο. 2」の割当パターンでは総出力電流は各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに 3〔 A〕、 2〔 A〕、 0 〔A〕ずつ割り当てられる。また、全平均化パターン（No. 3, 4) は、変換器群 20を構成する全ての ACZD Cコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに対し、総出力電流を AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 c間での出力電流のばらつきが小さくなるように極力均等に割り当てるパターンである。要するに、全平均化パターンでは、変換器群 20を構成する ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの台数で総出力電流の大きさを除算し、その結果が各 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cへ割り振られる。そのため、この全平均化パターンでは、個別の A CZD Cコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの変換効率は重視されず、変換器郡 20を構成する複数台の AC DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの動作のバランスに重点が置かれることになる。

ここに、「No. 3」の均等型パターンと「N o. 4」の残余型バターンとでは、小数レベルで均等に割リ当てるのか整数レベルで均等に割リ当てるのかが異なる。つまり、「 N o . 3J の均等型パターンでは、全 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに対して総出カ電流を割り当てる際に、各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの出力電流が小数点以下 (ここでは小数第 1位までとする）の値まで均等になるように割り当てを行う。ここで小数点以下の残余が生じた場合には、当該残余分の電流についても全 A CZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに極力均等に割り当てる。そのため、たとえば総出力電流が 5. 0 [A〕の場合、「No. 3Jの割当パターンでは総出力電流は各 A CZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに 1. 7 〔A〕、 1. 7 〔A〕、 1. 6 〔A〕ずつ割り当てられる。

これに対し、「No. 4J の残余型パターンでは、全 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに対して総出力電流を割り当てる際に、各 AC/DCコンバータ 2 a. 2 b, 2 cの出力電流の整数部分のみ均等になるように割リ当てを行う。ここで残余が生じた場合には、当該残余分の電流のうち整数部分のみ全 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに極力均等に割り当てる。そのため、たとえば総出力電流が 5. 0 〔A〕の場合、「No. 4」の割当パターンでは総出力電流は各 ACZDCコンバータ 2 a， 2 b, 2 cに 2〔 A〕、 2〔 A〕、 1 〔A〕ずつ割り当てられる。なお、残余分の電流に小数点以下の値が含まれている場合には、小数点以下の値をいずれか 1台の A CZDCコンバータ 2に上乗せして割り当てることとする。このとき小数点以下の電流値を割り当てる AC/DCコンバータ 2としては、当該電流値を上乗せすることで電力変換効率が高くなるものを選択することが望ましい。また、準平均化パターン（No. 5, 6) は、変換器群 20を構成する一部（ここでは 2台とする）の A C D Cコンバータ 2に対し、総出力電流をこれらの ACZDCコンパータ 2間での出力電流のばらつきが小さくなるように極力均等に割り当てるパターンである。要するに、準平均化パターンでは、変換器群 20を構成する一部の A CZDCコンパータ 2の台数（ここでは 2台）で総出力電流の大きさを除算し、その結果がこれら一部の AC/DCコンバータ 2へ割り振られる。そのため、この準平均化パターンでは、少なくとも 1台の ACZDCコンバータ 2は動作を停止することになる。割付制御部 1 6にて行われる各 A CZDCコンバータ 2の出力の制御には、出力電流の大きさを制御することのみならず、このように AC/DCコンバータ 2の動作を停止させる制御も含む。ここで、「N o. 5」の均等型パターンと「N o. 6J の残余型パターンとの関係については、上述した全平均化パターン（N o. 3, 4) の場合と同じであるから説明を省略する。

したがって、たとえば総出力電流が 5. 0 〔A〕の場合、総出力電流は「N o. 5」の割当パターンでは各 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに 2. 5 〔A〕、 2. 5 〔A〕、 0 〔A〕ずつ割り当てられ、「N o. 6」の割当パターン 2 a, 2 b, 2 cでは 3 〔A〕、 2 〔A〕、 0 〔A〕ずつ割り当てられることになる。

ところで、コントローラ 1の分担決定部 1 5は、パターン記憶部 1 4内の上記 6種類の各割当パターンを用いて総出力電流の割り当てを行った場合における変換器群 20の全 A 〇 0〇コンバ一タ 23， 2 b, 2 cの入力電力の総和（以下「総入力電力」という）を算出する。さらに、分担決定部 1 5は、総入力電力と変換器群 20の全 ACZDCコンパ —タ 2 a, 2 b, 2 cの出力電力の総和（以下「総出力電力」という）との関係から変換器群 20全体での電力の変換効率（以下、「総変換効率」という）を算出し、総変換効率が最大となる割当パターンを求める。このようにして求まった総変換効率が最大の割当バタ —ンは、実際の総出力電流の割り当てに用いられる適用パターンとなる。

具体的に説明すると、分担決定部 1 5は、まず総出力指示部 1 2から総出力電流値の指示を受け、当該総出力電流を各割当パターンに従って割り当てた場合についてそれぞれ変換器群 20を構成する各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの出力電流を求める。それから分担決定部 1 5は、このように求めた各 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの出力電流を用いて、効率記憶部 1 3内の効率テ一ブルに基づき、各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cにおける電力の変換効率を求める。これにより、各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b. 2 cごとに出力電流と変換効率とが求まるので、これらと既知の出力電圧 (配電路 5に印加する電圧）とを用いて各 ACZDCコンパ一タ 2 a, 2 b, 2 cの入力電力を算出することができる。このように求まる全 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cについての当該入力電力の総和が総入力電力となり、当該総入力電力と既知の総出カ電力との関係で総変換効率を求めることができる。分担決定部 1 5では、求めた総変換効率を割当パターンごとに一時記憶部（図示せず）に記憶する。

次に、分担決定部 1 5の動作について図 4のフローチヤ一トを参照して説明する。ここでは、 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの出力電圧が 1 00 〔 V〕、総出力電流が 5. 0 〔A〕、総出力電力が 500 〔W〕であると仮定する。

分担決定部 1 5は、まず表 2中の「N o. 1」の割当パターンについて総変換効率を算出する処理を実行する（S 1 )。このとき、表 2の「N o. 1」の割当パターンでは、 5. 0 〔A〕の総出力電流は 2 〔A〕、 2 〔A〕、 1 〔A〕ずつ割り当てられるので、各 ACZ DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの出力電力はそれぞれ 200 〔W〕、 200 〔W〕、 1 0 0 [W] となる。この場合の各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの変換効率は、表 1の効率テ一ブルよりそれぞれ 75 〔％〕、 75 〔％〕、 70 〔％〕であることが分かるので、当該変換効率を用いて各 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの入力電力が 267 〔W〕、 267 〔W〕、 1 43 〔W〕と求まる。したがって、この場合の総入力電力は 67 7 CW] となり、総出力電力 500 〔W〕との関係で総変換効率が 73. 9 〔％〕と求まる。分担決定部 1 5は求めた総変換効率を一時記憶部に記憶する。

さらに、分担決定部 1 5は、上述した各割当パターンについて総変換効率を算出する処理を「N o. 2」から「N o. 6」までの各割当パターンについても順次行い（S 2~S 6)、各処理で求めた総変換効率を割当パターンごとに一時的に記憶する。このように、分担決定部 1 5では総出力指示部 1 2から指示された総出力電流に対し、全ての割当バタ一ンについて総変換効率を簡単な演算により取得する。

その後、分担決定部 1 5は、全ての割当パターンの中から、求まった総変換効率が最大となる 1つの割当パターンを判断し（S 7)、当該割当パターンを実際の総出力電流の割り当てに用いる適用パターンとして選択する（S 8〜S 1 3)。一時記憶部内の総変換効率は適用パターンの選択後には消去されるものとする。なお、たとえば「N o. 1」から ΓΝ o. 6 J の順に選択の優先度を低くする等、複数の割当パターンにおいて総変換効率が同率で最大となる場合に、いずれの割当パターンを優先して選択するのか規定しておくことが望ましい。

上述のようにして分担決定部 1 5で選択された適用パターン（いずれかの割当パターン）は、割付制御部 1 6に通知される。適用パターンの通知を受けた割付制御部 1 6は、当該適用パターンに従って総出力電流の割り当てを行い、各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cから出力すべき出力電流の大きさを求める。割付制御部 1 6は、求めた出力電流の大きさを表す電流指令を、通信部 1 1を通して各 A CZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2。に送信する。

コントローラ（割付制御部 1 6) 1からの電流指令を通信部 2 1にて受けた AC/DC コンバータ 2 a, 2 b. 2 cにおいては、出力制御部 23が電流指令に従って電流制御回路 24を制御する。これにより、電流指令にて指定された出力電流が、各 ACZDCコンバ一タ 2 a, 2 b, 2 cから出力される。

コントローラ 1は、総出力電流の大きさが所定の許容範囲を超えて変化する度に適用パターンの選択を行い、各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cへの総出力電流の再割り当てを行うものとする。ただし、これに限らず、適用パターンの選択並びに総出力電流の再割り当てを定期的に行うようにしてもよい。

以上説明した構成によれば、変換器群 20の各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 c からは、適用パターンに従って各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに割り当てられた大きさの出力電流が出力されることになる。ここで、適用パターンは複数種類の割当パターンの中から総変換効率が最大となるように選択された割当パターンであるので、当該適用パターンに従うことにより変換器群 20を構成する AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 c全体での電力の変換効率が比較的高くなる。その結果、変換器群 20での電力変換の際に生じる損失を小さく抑えることができ、電力供給装置全体としても電力の変換効率を向上でき、商用電源 ACの消費を極力低く抑えることができるという利点がある。

ところで、本実施形態のように変換器群 20を構成する全 A CZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cで変換効率一出力特性が共通である場合には、適用パターンに従って割り当てられる各出力電流をいずれの A CZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに割り付けても総変換効率は一定である。すなわち、出力電流の組合せが適用パターンに従ってさえいれば、各出力電流の割り当て先を AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 c間で入れ替えても総変換効率に変化は生じない。たとえば、「No. 1」の割当パターンでは 5 〔A〕の総出カ電流を 2 〔A〕、 2 〔A〕、 1 〔A〕ずつ割り当てる場合に、出力電流を 1 〔A〕とする AC /DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cがいずれであっても総変換効率は同じである。

そこで、本実施形態の他の構成例として、図 5に示すように分担決定部 1 5について割リ当てられるべき出力電流の組合せを決定する組合せ決定部 1 5 aと、各出力電流をいずれの ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに割り当てるのかを決定する固有割当部 1 5 bとを有する構成とすることが考えられる。この構成では、まず組合せ決定部 1 5 aにて割当パターンに従って総変換効率が最大となる出力電流の組合せを決定した後、固有割当部 1 5 bにて出力電流の割り当て先を含めた適用パターンを決定することになる。

この場合に、固有割当部 1 5 bで割り当てる出力電流の割り当て先をランダムに決定することも考えられる力 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに優先度を付与し、優先度の高いものから順に大きな出力電流が割り当てられるようにすることが望ましい。ここで、優先度は固定的に決定されるのではなく、一部の ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに負担が偏らないように変動的に決定されるものとする。

具体的には、図 5に示すように、各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cからの出力電流量の積算値を A CZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cごとに監視する積算監視部 1 7 と、積算監視部 1 7の監視結果に基づき優先度を決定する優先度決定部 1 8とをコント口 —ラ 1に設ける。

積算監視部 1 7では、変換器群 20を構成する各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cについて出力電流を監視し、当該出力電流量の積算値〔A h〕を下記表 3のようなテ一ブル上で管理する。積算は定期的（たとえば 1秒ごと）に行われる。なお、出力電流量の積算値は、コントローラ 1ではなく各 AC/DCコンバータでそれぞれ行うようにしてもよい。

【表 3】

優先度決定部 1 8は、上記積算値が小さい順に優先度が高くなるように各 A CZDCコンバ一タ 2 a, 2 b, 2 cの優先度を決定する。そのため、上記表 3の例では、 ACZD Cコンバータ 2 cの優先度が「高」、〇 0〇コンバ一タ 21?の優先度が「中」、 AC/ DCコンバータ 2 aの優先度が「低」となる。優先度は定期的に更新され、ここでは 1日ごとに所定の時刻（たとえば午前 6時）に更新されるものとする。

以上説明したように AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの優先度により割り当て先を決定する構成では、出力電流量の積算値が小さい AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cから順に大きな出力電流が割り当てられるため、 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 c間での出力電流量のばらつきを小さくできる。すなわち、稼働時間を均等に分散して複数台の AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの稼働率の平均化を図ることにより、一部の AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 c nに負担が偏ることを防止できる。そのため、 —部の AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cが酷使されることによりその寿命が短くなることを回避でき、 AC DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの交換等を要せずに配電システムを継続使用できる期間が長くなる。

なお、上記実施形態では、 A CZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの変換効率一出力特性を効率テーブルとして効率記憶部 1 3に記憶する例を示したが、この例に限らず、たとえば出力電流と変換効率との対応関係を示す演算式を効率記憶部 1 3に記憶するようにしてもよい。この場合、分担決定部 1 3は、当該演算式を用いて各 AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの変換効率を求めることができる。

また、総出力指示部 1 2で算出された総出力電流が、変換器群 20を構成する ACZD Cコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの定格電流の総和を超えるような場合に、その旨を検知して負荷 6への給電を抑制する機能をコントローラ 1に設けることも可能である。この場合、負荷 6への給電を抑制する際には、負荷 6ごとに予め決められている優先順位に従って優先順位の低いものから順に負荷 6への給電を停止したり、当該負荷 6を省電力モードに切リ替えたりすることで、必要な総出力電流を小さくする。負荷 6への給電の停止は、配電路 5上に系統ごとに設けた開閉器（図示せず）で行ったり、負荷 6自ら給電を遮断したりすることで実現する。

(実施形態 2 )

本実施形態の配電システムは、変換器群 20を構成する複数台の A CZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cのうち少なくとも 1台が、他とは異なる変換効率一出力特性（変換効率曲線）を持つ点が実施形態 1の配電システムと相違する。

すなわち、本実施形態では、複数台の ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに割り当てる出力電流の組合せだけでなく、各出力電流をそれぞれいずれの ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに割り付けるかによっても総変換効率は変化する。たとえば、実施形態 1で説明した ΓΝο. 1」の割当パターンにおいては、 5 〔Α〕の総出力電流を 2 〔Α〕、 2 〔Α〕、 1 〔Α〕ずつ割り当てる場合に、出力電流を 1 〔Α〕とする ACZDCコンパ一タ 2 a, 2 b, 2 cがいずれであるかによって総変換効率は変化する。

そこで、本実施形態においては、実施形態 1で説明した表 2の ΓΝΟ. 1」〜「N o. 6 J の 6種類の割当パターン（以下、「上位パターン」という）をさらに出力電流の割り当て先の別で細かく分類したパターン（以下、「下位パターン」という）を、割当パターンとして用いるものとする。分担決定部 1 5では、このように細かく分類された割当パターンのそれぞれについて総変換効率を算出し、当該総変換効率が最大となった割当パターンを適用パターンとして選択する。

以下、具体例を挙げて説明する。ここでは、変換器群 20を構成する 3台の AC/DC コンバータは 2 a, 2 b, 2 c全てで相互に変換効率一出力特性が異なり、それぞれ出力電流が 2 〔A〕、 3 〔A〕、 4 〔A〕のときにその電力変換効率が最大（つまり、それぞれの最大効率値 I pが 2 〔A〕、 3 〔A〕、 4 〔A〕）となる場合を想定する。

分担決定部 1 5は、図 6に示すように、総出力電流の指示を受け、 ΓΝ 0. 1」〜「N o. 6」の 6種類の各上位パターンをさらに複数の下位パターンで分類した各割当パターンについて、総変換効率を求める。たとえば総出力電流が 7 〔A〕であるとすれば、 ΓΝο. 1」の偏重パターンは、さらに 3台の AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cのいずれに対して最大効率値 I pとなる出力電流を割り当てるかによって、 3通りの下位パターンに分類される。つまり、各 ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cに対してそれぞれ 2 〔A〕、 3 〔A〕、 2 〔A〕ずつ割り当てる第 1の下位パターンと、 0 〔A〕、 3 〔A〕、 4 〔A〕ずつ割り当てる第 2の下位パターンと、 2 〔A〕、 1 〔A〕、 4 〔A〕ずつ割り当てる第 3の下位パターンとがある。分担決定部 1 5は、これらの各下位パターンについて、それぞれ総変換効率（X 〔％〕、 Y 〔％〕、 Z 〔％〕）を算出する。

以上説明した本実施形態の構成によれば、異なる機種の ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cを組み合わせて変換器群 20を構成するような場合でも、変換器群 20全体としての変換効率を高くすることができる。しかも、出力電流の割り当て先も考慮して細かく分類された下位パターンを用いることにより、上位パターンのみを用いる場合に比べて、総変換効率が最大となる割当パターンを選択する際の選択肢が多くなる。その結果、総変換効率の点からより最適な適用パターンにて総出力電流の割り当てを行うことができるという利点がある。

なお、本実施形態では、変換器群 20を AC/DCコンバータ 2のみで構成するものとして説明しているが、たとえば蓄電装置 3内の DC/DCコンバータを変換器群 20に含めるなどしてもよい。この場合、当該 DCZDCコンバータの変換効率一出力特性（変換効率曲線）が効率記憶部 1 3に記憶される。

その他の構成および機能は実施形態 1と同様である。

ところで、負荷 6への電力供給を単一の A CZDCコンバータ 2のみで賄う場合には、当該 A CZDCコンバータ 2の出力電流が負荷 6の消費電力によって一意に決まるため、当該 A CZD Cコンパ一タ 2を最大の変換効率に近い状態で動作させることは困難である。これに対して、上記各実施形態のように、複数台の AC/DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cからの出力電流の総和を負荷 6へ供給する場合、総出力電流の割り当て方により各 AC /DCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cの出力電流が可変となるため、各 A C D Cコンバータ 2 a, 2 b, 2 cをそれぞれ最大の変換効率に近い状態で動作させやすくなる。

しかも、 AC/DCコンバータ 2は、図 3のように出力電流が定格値に近い最大効率値 I pのときに変換効率がピークをとリ、最大効率値 I pから離れるほど変換効率が低下する特性を有する。そのため、単一の大容量の ACZDCコンバータ 2で負荷 6への電力供給を賄うと、負荷 6の消費電力が小さいときには、出力電流が定格出力値とは大きく異なることにより変換効率が低くなる。これに対し、本実施形態では比較的小容量の A C D Cコンバータ 2を複数台用いることにより、負荷 6の消費電力が小さいときでも、各 AC 0〇コンバ一タ 23 , 2 b, 2 cを最大効率値 I pの近くで動作させることができ、変換効率の向上を図ることができる。また、複数台の ACZDCコンバータ 2 a, 2 b, 2 cを用いたことで、単一の AC/DCコンバータ 2を用いる場合に比べて、負荷 6に供給可能な電流の可変範囲が広くなるという利点もある。さらに、一部の ACZDCコンパ一タ 2が停止しても他の A CZDCコンバータ 2から出力電流を供給することができ、システムの可用性が向上する。

以上、本発明の好ましい実施形態が説明されているが、本発明はこれらの特定の実施形態に限られるものではなく、請求範囲の範疇から離脱しない多様な変更及び変形が可能であり、それも本発明の範疇内に属する。

Claims

請求の範囲

【請求項 1】

それぞれ入力電力を所望の出力電力に変換する複数台の電力変換器からなる変換器群を有し、

当該変換器群の全電力変換器から出力される出力電流の総和を総出力電流として負荷へ供給するが、

前記変換器群の電力変換器に総出力電流を割り当てる場合において、前記変換器群の全体における入力電力の総和が最小になるように総出力電流を割り当てる

電力供給装置。

【請求項 2】

前記各電力変換器における電力の変換効率はそれぞれの出力電流の大きさに応じて変化し、

前記各電力変換器について出力電流と変換効率との対応関係が予め記憶されている効率記憶部と、

前記変換器群の各電力変換器への総出力電流の割り当ての規則を表す割当パターンが予め複数記憶されているパターン記憶部と、

前記変換器群に要求する総出力電流を指示する総出力指示部と、

前記総出力指示部で指示された総出力電流および前記効率記憶部に記憶されている変換効率を用いて前記パターン記憶部内の 1つの割当パターンを適用パターンとして選択する分担決定部と、

前記選択された適用パターンに従って前記各電力変換器へ総出力電流が割り当てられるように前記各電力変換器の出力を制御する割付制御部とをさらに備え、

前記分担決定部は、前記パターン記憶部内の各割当パターンに従って前記変換器群の電力変換器へ総出力電流を割り当てた場合における前記変換器群全体での入力電力の総和を、前記効率記憶部内の変換効率を用いて割当パターンごとに算出し、当該入力電力の総和が最小となる割当パターンを適用パターンとして選択する請求項 1記載の電力供給装置。

【請求項 3】

前記パターン記憶部には、前記変換器群の少なくとも 1台の前記電力変換器に対し各々の変換効率が最大となる出力電流ずつ前記総出力電流を割リ当てた上で総出力電流の残余分を変換器群のいずれか 1台の電力変換器に割り当てる偏重パターンと、変換器群の全電力変換器に対し総出力電流を電力変換器間での出力電流のばらつきが小さくなるように割リ当てる全平均化パターンと、変換器群の一部の電力変換器に対し電力変換器間での出力電流のばらつきが小さくなるように割り当てる準平均化パターンとのうち、少なくとも 2 つ以上の割当パターンが予め記憶されている請求項 2記載の電力供給装置。

【請求項 4】前記偏重パターンは、変換効率が最大となる出力電流を割り当てた前記電力変換器とは別の電力変換器に前記残余分を割り当てる第 1パターンと、効率変換が最大となる出力電流を割リ当てた電力変換器のうちいずれかの電力変換器に残余分を割リ当てる第 2パターンとに分けられる請求項 3記載の電力供給装置。

【請求項 5】

前記変換器群の少なくとも 1台の前記電力変換器は交流電力を直流電力に変換する交流 /直流変換装置からなる請求項 2ないし請求項 4のいずれか 1項に記載の電力供給装置。

【請求項 6】

前記変換器群の全電力変換器は、出力電流に対する電力の変換効率の変化特性が共通である請求項 2ないし請求項 5のいずれか 1項に記載の電力供給装置。

【請求項 7】

前記各電力変換器からの出力電流量の積算値を電力変換器ごとに監視する積算監視部をさらに設け、

前記分担決定部は、前記変換器群全体での入力電力の総和が最小となる前記出力電流の組合せを決定する組合せ決定部と、各出力電流をいずれの前記出力変換器に割り当てるかを決定する固有割当部とを有し、

前記固有割当部は、出力電流量の積算値が小さい電力変換器から順に大きな出力電流が割り当てられるように、各出力電流の割リ当て先を決定する請求項 6記載の電力供給装置。

【請求項 8】

前記変換器群の少なくとも 1台の前記電力変換器は、出力電流に対する電力の変換効率の変化特性が他の電力変換器と異なる請求項 2ないし請求項 5のいずれか 1項に記載の電力供給装置。

【請求項 9】

請求項 2ないし請求項 8のいずれか 1項に記載の電力供給装置に用いられ、前記効率記憶部と前記バタ一ン記憶部と前記総出力指示部と前記分担決定部と前記割付制御部とを含み、前記装置本体に備えるコントローラ。