WO2020070905A1 - 直流配電システム - Google Patents

直流配電システム

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switch
distribution system
power
relay
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PCT/JP2019/002643
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研一 福野
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三菱電機株式会社
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    • H02J13/00036—Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for the elements or equipment being or involving switches, relays or circuit breakers
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    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks

Definitions

  • This application relates to a DC distribution system.
  • the present application has been made to solve the above-described problem, and has an object to provide a DC power distribution system capable of reducing the power failure range when a short circuit occurs and stably supplying power.
  • the DC power distribution system disclosed in the present application is a converter that converts power from a power supply into DC power, a plurality of distribution lines branched to supply power from the converter to a plurality of loads, a converter and a distribution line.
  • a first switch connected between the branch and opening and closing the electric circuit, a second switch connected between the branch and the load and opening and closing the electric circuit, and a first relay opening the first switch And a second relay for opening the second switch, wherein the converter limits a current flowing through the distribution line when a short circuit occurs, and also allows a current equal to or higher than the rated current to flow through the distribution line for a certain period of time. It has a constant power drooping characteristic, and the first and second relays have an operating characteristic of detecting a current equal to or higher than the rated current and opening the first and second switches hierarchically within a fixed time.
  • a stable power supply can be performed by reliably opening an electric circuit when a short circuit occurs and reducing a power failure range.
  • FIG. 1 is a configuration conceptual diagram of a DC power distribution system according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a configuration conceptual diagram of a converter according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a constant power drooping characteristic of the converter according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a current limit control unit according to the first embodiment. It is a figure showing an example of the drooping characteristic of a current limiting device.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating an example of a short-time withstand current characteristic of the converter according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is another configuration conceptual diagram of the DC power distribution system according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a constant power drooping characteristic of the converter according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an overcurrent operation curve of the relay according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a configuration conceptual diagram of a DC power distribution system according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 shows an example of the configuration of the DC power distribution system according to the first embodiment to which the present invention is applied.
  • the AC power supplied from the commercial power supply 11 in the electric room 1 is converted into DC power by the converter 12.
  • the converted DC power is sent to the electric room 2 by the distribution line 26 via the switch 171 connected to the converter 12.
  • a distribution line 27 branches off from the distribution line 26. Accordingly, power is supplied to the loads 241 and 242 via the switches 271 and 272 connected to the distribution lines 26 and 27, respectively.
  • Switches 171, 271, and 272 are used to open and shut off when a short-circuit current is generated.
  • Relays 181, 281, 282 are connected in front of the distribution lines 26, 27 to which the switches 171, 271, 272 are connected, and the relays 181, 281, 282 detect a short-circuit current, and the switches 171, 271,
  • the trip command (open command) is output to 272.
  • the output from the converter 12 is also transmitted and connected to switches 172 and 173 that are branched and connected, and is distributed from the switch 172 to the electric room 3 via the distribution line 162, and from the switch 173 via the distribution line 163. To be distributed to the electric room 4.
  • switches 172 and 173 that are branched and connected, and is distributed from the switch 172 to the electric room 3 via the distribution line 162, and from the switch 173 via the distribution line 163.
  • the configurations of the electric room 3 and the electric room 4 are the same as those of the electric room 2, and thus the description thereof is omitted.
  • the converter 12 includes a rectifying unit 100 that converts AC power into DC power and a current limiting device 200 that limits an output current from the rectifying unit 100.
  • the current limiting device 200 includes a switching element, a current limiting unit 201 that suppresses an output current, a current sensor 202 that measures an output current, a voltage sensor 203 that measures an output voltage, and a current measurement value measured by the current sensor 202.
  • a current limit control unit 204 that performs an operation to calculate a switching signal that is equal to or less than a preset maximum output current set value from a voltage measurement value measured by the voltage sensor 203.
  • the switching element of the current limiting unit 201 operates based on the switching signal from the current limiting control unit 204, so that even when a short circuit occurs, the drooping characteristic as shown in FIG.
  • the converter 12 has a characteristic that the output voltage Vout decreases to the lower right when the rated current is exceeded. This decrease in output voltage is caused by a rapid decrease in output voltage as shown in FIG. 3 when a large current exceeding the rated current at the time of overload or short circuit occurs at the point 15 shown in FIG. It is lowered so that excessive electric energy does not flow to the switches 171, 271 and the like.
  • FIG. 4 shows an example of hardware of the current limit control unit 204.
  • the storage device 2042 includes a processor 2041 and a storage device 2042, and includes a volatile storage device such as a random access memory and a nonvolatile auxiliary storage device such as a flash memory. Further, an auxiliary storage device of a hard disk may be provided instead of the flash memory.
  • the processor 2041 executes a program input from the storage device 2042, and performs a part or all of the functions described above. In this case, a program is input from the auxiliary storage device to the processor 2041 via the volatile storage device. Further, the processor 2041 may output data such as a calculation result to a volatile storage device of the storage device 2042, or may store data in an auxiliary storage device via the volatile storage device.
  • the drooping characteristic is reduced to reduce the current in a so-called "F" shape to protect the converter 12 from overcurrent as shown in FIG. 5, for example, energy enough to blow a fuse cannot be supplied.
  • a healthy system cannot be separated from the short-circuit occurrence point, the converter 12 stops, and a power failure may occur in the entire DC distribution system. Therefore, if the current is equal to or more than the rated current at the time of short circuit and the converter 12 is equal to or less than a certain time, for example, 2 seconds or less, the overcurrent is short enough to maintain the function without failure even if the current flows.
  • a constant power drooping characteristic that suppresses the output current.
  • the term “short-time overcurrent or less” is determined by the withstand capacity of the semiconductor element of the rectifier 100 inside the converter 12, and therefore differs depending on the device configuration of the converter 12. The current value is set up to about twice.
  • the switches 171 to 173 can perform the opening operation after the first time period when the switches 271 and 272 perform the opening operation for interrupting the overcurrent.
  • the first and second time differences detect an overcurrent, and take into account the opening of the main contacts of the switches 271 and 272. You should keep flowing.
  • the time during which the current continues to flow may be set within a range in which the device does not fail, for example, 2 seconds or less.
  • the converter 12 may be configured to continuously supply a current equal to or higher than the rated current for at least 0.2 seconds.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing an example of the short-time withstand current characteristic of the converter 12, in which the horizontal axis represents the energizing time t and the vertical axis represents the output current Iout.
  • the shaded area indicates the allowable short-time withstand current range.
  • the relays 181 to 183, 281, and 282 have a characteristic that they operate when a short-time withstand current flows along the curved portion T, so that the relays 181 to 183, 281, and 282 reliably output a trip command, and the switches 171 to 173, 271, 272 can be operated to protect the DC distribution system.
  • FIG. 1 when a short circuit occurs at the point 25, a short circuit current equal to or larger than the rated current flows from the converter 12 via the switch 171 in the electric room 1 and the switch 271 in the electric room 2 for a maximum of 2 seconds. During this period, a short-circuit current is detected by the relay 181 and the relay 281, but by setting the overcurrent operation time of the relay 181 to be later than the overcurrent operation time of the relay 281, the relay 281 is first operated.
  • the switch 271 operates to output a trip command to the switch 271, and the switch 271 is opened earlier than the switch 171. As a result, the point 25 is disconnected from the sound circuit, the power failure of only the load 241 occurs, and the sound circuit (distribution line 27) can continuously distribute power to the load 242.
  • a relay that is a short-circuit current detection mechanism and a switch that interrupts a short-circuit current according to a command from the relay
  • a device that has both functions of the relay and the switch for example, MCCB (Molded Case Circuit Breaker) or a fuse
  • MCCB Molded Case Circuit Breaker
  • a fuse may be connected to the distribution line 26 or the distribution line 27 in series.
  • MCCB Molded Case Circuit Breaker
  • the fuse is set to operate at a current exceeding an upper limit current that can maintain a normal protection function as a switch.
  • the instantaneous operation threshold value of the MCCB is approximately 20 times the rated current of the MCCB, and even if a short circuit occurs near the converter secondary side, the current value at which the MCCB can be operated by the instantaneous element. Is set as a current value that is about 20 times the rated current.
  • the converter 12 incorporating the current limiting device 200 controls the characteristic of limiting the short-circuit current, secures protection coordination with the relay and the switch, and controls the entire DC power distribution system.
  • the power outage range can be limited as much as possible without stopping.
  • the current limiting device 200 and the rectifying unit 100 are housed in one case, but as shown in FIG. 7, the converter 12 is configured with the rectifying unit 100 and the current limiting device 200 separately. This can prevent the converter 12 from being damaged due to a malfunction of the current limiting device 200, and can replace only the current limiting device instead of replacing the entire converter. Further, even if the converter 12 is configured separately, the same effect as that of the first embodiment can be obtained with respect to the short circuit generated at the points 15 and 25.
  • FIG. 8 shows output characteristics (output voltage characteristics-output current characteristics) of converter 12 according to the second embodiment.
  • the horizontal axis shows the output current Iout
  • the vertical axis shows the output voltage Vout.
  • the output current is output at a constant rated voltage value from the output current 0 to the rated current value L.
  • the output current has a drooping characteristic such that it falls below the rated voltage.
  • the characteristic line S does not droop down to the lower right in a substantially straight line, but droops in two stages of an overload state and a short-circuit state. ing.
  • a region of the output voltage that changes between AB and corresponds to the overload current region G is defined as an overload voltage region J.
  • the output voltage at the current I1 at the time of overload is the output voltage value V1 corresponding to the vertical axis at the point E of the characteristic line S.
  • the relationship between the short-circuit current region and the corresponding output voltage changes in the range of the region CD of the characteristic line S, and the region of the output voltage corresponding to the short-circuit current region H is changed to the short-circuit voltage region.
  • K the output voltage at the current I2 at the time of short circuit becomes the output voltage value V2 corresponding to the vertical axis of the point F on the characteristic line.
  • the output current is changed in two stages corresponding to the overload voltage region J and the short-circuit voltage region K, and the output current is also changed in two stages in accordance with the degree of the output voltage drop due to the overload or short circuit. It has a current limiting function that has a drooping characteristic.
  • FIG. 9 shows an example of the overcurrent operation curve U of the relay 181 and the overcurrent operation curve R of the relay 281 shown in FIG. 1 corresponding to FIG.
  • the vertical axis represents the operation start time t of the relay, and the horizontal axis represents the output current Iout of the converter 12 shown in FIG.
  • the relay 281 operates at the operation start time t3 with the current I1 at the time of overload, and operates at the operation start time t1 with the current I2 at the time of short circuit.
  • the relay 181 operates at the operation start time t4 with the overload current I1, and operates at the operation start time t2 with the short-circuit current I2.
  • the difference between the operation start times t3 and t4 of the relay 181 and the relay 281 is set within a predetermined time within a range where no failure occurs in the DC power distribution system. In, the setting is made to be as long as possible, so that the overload current is kept energized to avoid the risk of a power failure due to the overload. Note that the overcurrent operation curve of the relay in FIG. 9 is also applicable to the first embodiment.
  • the relay 181 and the relay 281 are sequentially operated to immediately protect the DC power distribution system, and when a short circuit occurs at the point 25 in FIG.
  • the operation start time t1 of the relay 281 earlier than the operation start time t2 of the relay 181
  • the interval between the operation start time t3 in the overload state and the operation start time t1 in the short-circuit state becomes large with respect to the maximum point Q of the curvature of the overcurrent operation curve R of the relay 281.
  • FIG. 1 shows a configuration in which power is supplied from each branch in the electric room 2 to the loads 241 and 242 via the switches 271 and 272, a configuration in which power is distributed from the output side of the switch 271 to loads in other electric rooms.
  • the operation time in the short-circuit current is secured between the relays installed in the other electric rooms, the relay 181 in the electric room 1, and the relays 281 and 282 in the electric room 2. By doing so, a similar effect can be obtained.
  • FIG. 1 shows a system configuration for converting the electric power from the commercial power supply 11 to DC power, as shown in FIG. 10, a renewable energy 113 such as a power storage medium 112, a solar cell, and a wind power generator other than the commercial power supply 11 is used. Also in a system configured with converters 122 and 123 having a drooping characteristic as shown in FIG. 3 or FIG. 9 as a power supply, a short circuit generated at points 15 and 25 is similar to that of the first or second embodiment. The effect can be obtained.

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Abstract

従来のヒューズによる短絡発生点の除去では、ヒューズの特性上、短絡時における各々のヒューズの溶断時間において協調を確保することができない。このような課題を解決すべく、短絡時に配電線（２６）に流れる電流を制限するとともに、一定時間、定格電流以上の電流を配電線（２６）に流す定電力垂下特性を有する変換器（１２）と、定格電流以上の電流を検出し、一定時間内に開閉器（１７１，２７１）を階層的に開放する動作特性を有する継電器（１８１、２８１）を設けた。

Description

直流配電システム
　本願は直流配電システムに関するものである。
　近年、ビル、工場、又は駅舎等の負荷へ直流電力を供給する直流配電システムが注目されている。既存の交流配電システムでは、短絡が発生した際、過電流保護継電器にて、異常電流を検出し、遮断器もしくは遮断器に類する機器で短絡発生点を健全な配電系統より切り離すことで、短絡後も健全系統は継続的に電力を給電するシステムとなっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１６－２２４０５０号公報
　しかしながら、従来のデータセンタ、又は通信局舎などにおける直流配電システムでは、ヒューズによる短絡発生点の除去が一般的であるが、ヒューズの特性上、給電部から負荷までの経路に２箇所以上設置した場合、短絡時における各々のヒューズの溶断時間において協調を確保することができない。
　そのため、給電部から負荷までの経路にヒューズを１箇所設置するのが一般的であるが、短絡時にヒューズより負荷側は系統から切り離されるため、ヒューズの設置個所によっては停電が広範囲になることもある。
　本願は、上述のような問題を解決するためになされたもので、短絡発生時に停電範囲を少なくし、安定的に電源供給可能な直流配電システムを提供することを目的とする。
　本願に開示される直流配電システムは、電源からの電力を直流電力に変換する変換器、この変換器から複数の負荷へ電力を供給するために分岐した複数の配電線、変換器と配電線の分岐との間に接続され、電路を開閉する第１の開閉器、分岐と負荷との間に接続され、電路を開閉する第２の開閉器、第１の開閉器を開放する第１の継電器、第２の開閉器を開放する第２の継電器を備えたものであって、変換器は、短絡時に配電線に流れる電流を制限するとともに、一定時間、定格電流以上の電流を配電線に流す定電力垂下特性を有し、第１および第２の継電器は、定格電流以上の電流を検出し、一定時間内に第１および第２の開閉器を階層的に開放する動作特性を有することを特徴とする。
　本願に開示される直流配電システムによれば、短絡発生時に確実に電路を開放するとともに、停電範囲を少なくすることで安定した電源供給が可能となる。
実施の形態１の直流配電システムの構成概念図である。 実施の形態１に係る変換器の構成概念図である。 実施の形態１に係る変換器の定電力垂下特性を示す図である。 実施の形態１に係る電流制限制御部のハードウエア構成の一例を示す図である 電流制限装置の垂下特性の一例を示す図である。 実施の形態１に係る変換器の短時間耐電流特性の一例を示す特性図である。 実施の形態１の直流配電システムの別の構成概念図である。 実施の形態２に係る変換器の定電力垂下特性を示す図である。 実施の形態２に係る継電器の過電流動作曲線を示す図である。 実施の形態４の直流配電システムの構成概念図である。
　以下、本願に係る電力制御装置の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。以降の実施形態も同様に、同一符号を付した構成について重複した説明は省略する。
実施の形態１
　図１に、本願が適用された実施の形態１の直流配電システムの構成の一例を示す。電気室１内の商用電源１１より供給される交流電力を、変換器１２により直流電力に変換する。変換された直流電力は、変換器１２に接続された開閉器１７１を介して配電線２６により電気室２に送られる。電気室２内では、配電線２６から配電線２７が分岐している。従って、配電線２６及び配電線２７に接続された開閉器２７１、２７２を介して、負荷２４１、２４２に各々給電される。開閉器１７１、２７１、２７２は短絡電流発生時に開放してこれを遮断するためのものである。開閉器１７１、２７１、２７２のそれぞれが接続された配電線２６、２７の前段に継電器１８１、２８１、２８２が接続され、継電器１８１、２８１、２８２は短絡電流を検出し、開閉器１７１、２７１、２７２にトリップ指令（開放指令）を出力する。
　変換器１２からの出力は分岐して接続された開閉器１７２、１７３にも送電接続され、開閉器１７２から配電線１６２を介して電気室３に配電され、開閉器１７３から配電線１６３を介して電気室４に配電される構成とする。なお、電気室３、電気室４の構成は、電気室２と同様な回路構成であるので、説明を省略する。
　変換器１２は、図２に示す通り、交流電力を直流電力に変換する整流部１００と整流部１００からの出力電流を制限する電流制限装置２００とからなる。電流制限装置２００は、スイッチング素子にて構成され出力電流を抑制する電流制限部２０１、出力電流を測定する電流センサ２０２、出力電圧を測定する電圧センサ２０３、電流センサ２０２で測定された電流計測値と電圧センサ２０３で測定された電圧測定値より、あらかじめ設定された最大出力電流設定値以下になるようなスイッチング信号を算出する演算を行う電流制限制御部２０４で構成される。このような構成により、電流制限制御部２０４からのスイッチング信号に基づき、電流制限部２０１のスイッチング素子が動作することで、短絡時においても図３のような垂下特性、すなわち、定格電流までは所定の電圧を維持し、定格電流を越えると右肩下がりに出力電圧Ｖｏｕｔが低下する特性を変換器１２は備えている。この出力電圧の低下は、過負荷状態又は短絡発生時における定格電流を超えた大電流が図１で示す地点１５で生じた場合に、図３に示すように右肩下がりに出力電圧を急速に低下させ、過大な電気エネルギーが開閉器１７１、２７１等に流れないようにしている。
　電流制限制御部２０４のハードウエアの一例を図４に示す。プロセッサ２０４１と記憶装置２０４２から構成され、図示していないが、記憶装置２０４２はランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ２０４１は、記憶装置２０４２から入力されたプログラムを実行し、上述した機能の一部又は全部を遂行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ２０４１にプログラムが入力される。また、プロセッサ２０４１は、演算結果等のデータを記憶装置２０４２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
　垂下特性を、図５に示すような、変換器１２自身の過電流保護のために、いわゆるフの字形の低下で電流を抑制すると、例えばヒューズを溶断するほどのエネルギーを供給することができないため、健全な系統と短絡発生地点を切り離すことができず、変換器１２が停止に至り、直流配電系全体で停電が発生する恐れがある。そのため、短絡時に定格電流以上の電流で、且つ変換器１２がある一定時間以下、例えば２秒以下であれば、電流を流しても故障せずに機能を維持できるような短時間過電流以下に出力電流を抑制する定電力垂下特性とする。短時間過電流以下とは具体的には、変換器１２内部の整流部１００の半導体素子の耐量により定まるため、変換器１２の機器構成毎に異なるが、定格電流以上で、定格電流のおよそ２０倍程度までの電流値となるように設定する。
　これにより、図１で示す地点２５で短絡が生じた場合、開閉器２７１、２７２が過電流を遮断するための開放動作をする第１の時限後に開閉器１７１～１７３が開放動作をできる程度の第２の時限を確保する。この第１と第２の時限差は過電流を検出し、開閉器２７１、２７２の主接点が開離するまでを考慮して、最低０．１秒以上は変換器１２が定格電流以上の電流を流し続けるようにすればよい。また、機器の故障を考慮し、電流を流し続ける時間は、機器が故障しない範囲、例えば２秒以下に設定すればよい。
　また、開閉器２７１、２７２の更に負荷側に開閉器を設けた系統においては、開閉器２７１、２７２と、開閉器２７１，２７２の更に負荷側に設けた開閉器との動作時限差、及び開閉器１７１～１７３と開閉器２７１、２７２との動作時限差を確保するため、変換器１２が定格電流以上の電流を最低０．２秒以上流し続けるようにすればよい。
　図６は、変換器１２の短時間耐電流特性の一例を示す特性図であり、横軸に通電時間ｔを、縦軸に出力電流Ｉｏｕｔを表している。斜線部は、許容できる短時間耐電流の範囲を示している。継電器１８１～１８３、２８１、２８２は、曲線部Ｔに沿った短時間耐電流が流れた際に動作を行う特性を備えることで、確実にトリップ指令を出力し、開閉器１７１～１７３、２７１、２７２を動作させて、直流配電システムを保護することが可能となる。
　以上説明したような垂下特性を有する変換器１２と継電器１８１～１８３、２８１、２８２を有する直流配電システムの動作を図１において説明する。
　図１において、地点２５で短絡が生じた際、変換器１２から電気室１内の開閉器１７１と電気室２内の開閉器２７１を介して、定格電流以上の短絡電流が最大２秒間流れる。この期間内に、継電器１８１と継電器２８１とで短絡電流を検出するが、継電器１８１の過電流動作時間は継電器２８１の過電流動作時間よりも遅く動作させる設定とすることで、継電器２８１が先に動作して、開閉器２７１へトリップ指令を出力し、開閉器１７１よりも開閉器２７１が先に開放される。これにより、地点２５が健全な回路から切り離され、負荷２４１のみの停電となり、健全な回路（配電線２７）は負荷２４２へ継続的に配電可能となる。
　また、図１中、地点１５にて短絡が発生した場合は、変換器１２から電気室１内の開閉器１７１を介して地点１５に短絡電流が流れる。これにより、継電器１８１が動作し、開閉器１７１を開放し、電気室２内の負荷のみが停電となる。従って電気室３内の負荷、電気室４内の負荷へは継続的に配電可能となる。
　図１の構成では、短絡電流の検出機構である継電器と継電器からの指令により短絡電流を遮断する開閉器の２つの機器の構成としているが、継電器と開閉器の機能を両方持ち合わせた機器、例えば、ＭＣＣＢ（Molded Case Circuit Breaker）又はヒューズを、配電線２６または配電線２７に直列に接続する構成であってもよい。この場合、ＭＣＣＢの過電流動作特性またはヒューズ動作特性において、短絡電流における動作時限が確保されていることが必要である。ヒューズの動作特性の場合、開閉器としての通常の保護機能を維持できる上限の電流を超える電流に対してヒューズが動作するように設定する。また、ＭＣＣＢの場合、ＭＣＣＢの瞬時動作閾値がおよそＭＣＣＢ定格電流の２０倍であり、変換器二次側直近で短絡が発生しても、瞬時要素でＭＣＣＢを動作させることが可能となる電流値として、定格電流のおよそ２０倍程度となる電流値を設定する。
　このように、短絡が生じた際に、電流制限装置２００が内蔵された変換器１２で短絡電流を制限する特性を制御し、継電器及び開閉器との保護協調を確保し、直流配電システム全体を停止させることなく、停電範囲を出来るだけ限定することができる。
　なお、図２では電流制限装置２００と整流部１００は１つのケースに収納されているが、図７のように、整流部１００と電流制限装置２００とをそれぞれ別体として変換器１２を構成することで、電流制限装置２００の不具合による変換器１２の損傷を防止することができると共に、変換器全体の交換ではなく、電流制限装置のみの交換で済む。また、別体で変換器１２を構成しても、地点１５、地点２５で生じた短絡に対し、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
実施の形態２
　図８は、実施の形態２による変換器１２の出力特性（出力電圧特性－出力電流特性）を示す。横軸に出力電流Ｉout、縦軸に出力電圧Ｖoutを示す。図３同様、出力電流０から定格電流値Ｌまでは一定の定格電圧値で出力電流を出力するが、定格電流値を何割か超える過負荷状態、あるいは過負荷状態をさらに超えた短絡状態では、出力電流は定格電圧よりも低下するような垂下特性を持たせている。
　実施の形態１の図３の特性と異なる点は、図８においては、特性線Ｓがほぼ直線状に右下に垂下するのではなく、過負荷状態と短絡状態の２段階に垂下するようにしている。
　より具体的には、過負荷状態では、図８において、定格電流値Ｌから右側（正側）に延在する過負荷電流領域と、それに対応する出力電圧との関係は、特性線Ｓの領域Ａ－Ｂの間で変化し、過負荷電流領域Ｇに対応する出力電圧の領域を過負荷電圧領域Ｊとする。このような出力特性において、例えば、過負荷時の電流Ｉ１における出力電圧は、特性線ＳのＥ点の縦軸に対応する出力電圧値Ｖ１となる。
　また、短絡状態では、短絡電流領域と、それに対応する出力電圧との関係は、特性線Ｓの領域Ｃ－Ｄの範囲で変化し、短絡電流領域Ｈに対応する出力電圧の領域を短絡電圧領域Ｋとする。このような出力特性において、例えば、短絡時の電流Ｉ２における出力電圧は特性線上のＦ点の縦軸に対応する出力電圧値Ｖ２となる。
　このように、過負荷電圧領域Ｊと短絡電圧領域Ｋに対応して出力電流を２段階に変化させ、過負荷あるいは短絡による出力電圧の低下の度合いに応じて出力電流も２段階に変化するような垂下特性を持つ電流制限機能を具備させている。
　また、出力電流の過負荷電流領域Ｇにおける最大点（Ｍ点）を超える場合は、過負荷状態とは明確に区別するために、図８に示す特性線Ｓにおいて、出力電流を領域Ｂ－Ｃ間で急増させるような特性を持たせている。これにより、過負荷電流領域Ｇにおける最大点（Ｍ点）を超えた場合は、出力電流値が急増し、特性線Ｓ上の領域Ｃ－Ｄの短絡電流領域Ｈの範囲でこの直流配電システムの特性に対応した短絡電流が流れるようにする。
　図８に対応する、図１に記載の継電器１８１の過電流動作曲線Ｕ、継電器２８１の過電流動作曲線Ｒの一例を図９に示す。縦軸は継電器の動作開始時刻ｔを、横軸は図８で示した、変換器１２の出力電流Ｉoutを示す。継電器２８１は、過負荷時の電流Ｉ１では、動作開始時刻ｔ３で動作し、短絡時の電流Ｉ２では動作開始時刻ｔ１で動作する。同様に、継電器１８１は、過負荷時の電流Ｉ１では動作開始時刻ｔ４で動作し、短絡時の電流Ｉ２では動作開始時刻ｔ２で動作する。このようにして、定格電流を何割か超える程度の過負荷時においては、継電器１８１と継電器２８１の動作開始時刻ｔ３、ｔ４の差を、直流配電システムに障害が生じない範囲の所定時間の範囲内において、可能な範囲で長くするように設定することで、過負荷電流の通電を維持して過負荷に伴う停電発生のリスクを回避するようにしている。なお、図９の継電器の過電流動作曲線は、実施の形態１においても適用可能である。
　また、短絡発生時には、動作開始時刻ｔ１、ｔ２の差を短くし、継電器１８１及び継電器２８１を順次動作させて直流配電システムを早急に保護するとともに、図１の地点２５で短絡が発生した場合、継電器２８１の動作開始時刻ｔ１を継電器１８１の動作開始時刻ｔ２よりも早く設定することで、短絡発生時における直流配電システムの停電範囲をできるだけ狭い範囲に限定することを可能としている。
　また、図９において、継電器２８１の過電流動作曲線Ｒの曲率の最大点Ｑを挟んで、過負荷状態での動作開始時刻ｔ３と、短絡状態での動作開始時刻ｔ１との間隔が大きくなるように継電器２８１の特性曲線を設定することにより、直流配電システムの過負荷状態での通電可能時間を大きくすることが可能となるため、直流配電システムの短絡に伴う停電範囲を限定するための制御を容易に行うことが可能となる。
　なお、上記の説明は、継電器１８１、継電器２８１にて説明したが、図１中、継電器１８２、１８３、あるいは継電器２８２についても、上述した継電器１８１と継電器２８１の相互関係と同様の関係になるように設定するものとする。
実施の形態３
　図１では電気室２内の各分岐から開閉器２７１、２７２を介して負荷２４１、２４２へ給電する構成であるが、開閉器２７１の出力側から他の電気室の負荷に配電する構成においても、電気室２と同様に、他の電気室に設置された継電器と、電気室１内の継電器１８１と、電気室２内の継電器２８１、２８２との間で、短絡電流における動作時限が確保されることで同様の効果を得ることが可能である。
実施の形態４
　図１では商用電源１１からの電力を直流電力に変換するシステム構成としているが、図１０のように、商用電源１１以外の、蓄電媒体１１２、太陽電池及び風力発電機等の再生可能エネルギー１１３を電源とし、図３又は図９のような垂下特性を持った変換器１２２、１２３で構成されるシステムにおいても、地点１５、地点２５で生じた短絡に対し、実施の形態１又は２と同様の効果を得ることができる。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１、２、３、４：電気室、１１：商用電源、１２、１２２、１２３：変換器、２６、２７、１６２、１６３：配電線、１１２：蓄電媒体、１１３：再生可能エネルギー、１７１、１７２、１７３、２７１、２７２：開閉器、１８１、１８２、１８３、２８１、２８２：継電器、２００：電流制限装置、２０１：電流制限部、２０２：電流センサ、２０３：電圧センサ、２０４：電流制限制御部、２４１、２４２：負荷

Claims (13)

  1. 　電源からの電力を直流電力に変換する変換器、前記変換器から複数の負荷へ電力を供給するために分岐した複数の配電線、前記変換器と前記配電線の分岐との間に接続され、電路を開閉する第１の開閉器、前記分岐と前記負荷との間に接続され、電路を開閉する第２の開閉器、前記第１の開閉器を開放する第１の継電器、前記第２の開閉器を開放する第２の継電器を備えた直流配電システムにおいて、前記変換器は、短絡時に前記配電線に流れる電流を制限するとともに、一定時間、定格電流以上の電流を前記配電線に流す定電力垂下特性を有し、前記第１および前記第２の継電器は、前記定格電流以上の電流を検出し、前記一定時間内に前記第１および前記第２の開閉器を階層的に開放する動作特性を有することを特徴とする直流配電システム。
  2. 　前記一定時間とは、前記定格電流以上の電流に対して前記変換器が故障せずに機能を維持できる２秒以下の期間であることを特徴とする請求項１に記載の直流配電システム。
  3. 　前記階層的に開放する動作特性とは、前記分岐と前記負荷との間の短絡発生時には前記第２の開閉器を前記第１の開閉器よりも先に開放し、前記変換器と前記分岐との間の短絡発生時には前記第１の開閉器を前記第２の開閉器よりも先に開放することを特徴とする請求項１または２に記載の直流配電システム。
  4. 　前記定格電流以上の電流値に応じて前記第１および前記第２の開閉器の開放時刻を異ならせることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の直流配電システム。
  5. 　前記電流値が高いほど前記開放時刻を早めることを特徴とする請求項４に記載の直流配電システム。
  6. 　前記第１の継電器は前記第１の開閉器に接続され、前記第２の継電器は前記第２の開閉器に接続されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の直流配電システム。
  7. 　前記第１の開閉器と前記第１の継電器は、ＭＣＣＢ又はヒューズで構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の直流配電システム。
  8. 　前記第２の開閉器と前記第２の継電器は、ＭＣＣＢ又はヒューズで構成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の直流配電システム。
  9. 　前記電源は、商用電源、蓄電池、又は再生可能エネルギーを利用したものであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の直流配電システム。
  10. 　前記定電力垂下特性は、過負荷時と短絡時の２段階に垂下していることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の直流配電システム。
  11. 　前記過負荷時の電圧領域と前記短絡時の電圧領域に応じて前記変換器からの出力電流を２段階に制限することを特徴とする請求項１０に記載の直流配電システム。
  12. 　前記過負荷時の出力電流に対し、前記短絡時の出力電流を増加させた後、垂下させることを特徴とする請求項１１に記載の直流配電システム。
  13. 　前記第１の継電器の過電流動作開始時刻と前記第２の継電器の過電流動作開始時刻との間隔は、前記過負荷時の前記間隔よりも前記短絡時の前記間隔のほうが短いことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の直流配電システム。
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