(57)【要約】【課題】３線方式の直流給電システムにおいて、正極線と中間線との間、及び負極線と中間線との間で電力の融通を行う。【解決手段】正極線Ｌ１、負極線Ｌ２及び中間線Ｌ３からなる３線で構成され、正極線Ｌ１と中間線Ｌ３との間に需要家設備２０が接続され、負極線Ｌ２と中間線Ｌ３との間に需要家設備２０が接続される直流給電システム１００であって、正極線Ｌ１と中間線Ｌ３との間、及び負極線Ｌ２と中間線Ｌ３との間に接続された絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３と、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３を制御して、正極線Ｌ１と中間線Ｌ３との間、及び負極線Ｌ２と中間線Ｌ３との間で直流電力の授受を行わせる変換器制御部４とを備える。【選択図】図１
2020018140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極線、負極線及び中間線からなる３線で構成され、前記正極線と前記中間線との間に需要家設備が接続され、前記負極線と前記中間線の間に需要家設備が接続される直流給電システムであって、
前記正極線と前記中間線との間、及び前記負極線と前記中間線との間に接続された絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器を制御して、前記正極線と前記中間線との間、及び前記負極線と前記中間線との間で直流電力の授受を行わせる変換器制御部とを備える、直流給電システム。
【請求項２】
前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器は、前記３線において前記需要家設備が接続される末端側に接続されている、請求項１記載の直流給電システム。
【請求項３】
前記変換器制御部は、前記正極線を流れる直流電流と前記負極線を流れる直流電流とが等しくなるように前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器を制御する、請求項１又は２記載の直流給電システム。
【請求項４】
前記変換器制御部は、前記中間線を流れる直流電流がゼロとなるように前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器を制御する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の直流給電システム。
【請求項５】
前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器に接続された蓄電池を更に備え、
前記変換器制御部は、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器を制御して、前記正極線及び前記負極線を介して前記蓄電池の充放電を行う、請求項１乃至３の何れか一項に記載の直流給電システム。
【請求項６】
前記３線のうち２線に接続された蓄電装置を更に備え、
前記蓄電装置は、蓄電池と、当該蓄電池の充放電を行うＤＣ／ＤＣ変換器と、当該ＤＣ／ＤＣ変換器を制御する変換器制御部とを備える、請求項１乃至５の何れか一項に記載の直流給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３線方式の直流給電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、３線方式の直流給電システムとしては、特許文献１に示すものが考えられている。この直流給電システムは、正の電位が印加される正極線、負の電位が印加される負極線及び接地電位が印加される中間線の３線により直流電力を負荷に供給するものである。負荷は、正極線及び負極線の間に接続される場合と、正極線又は負極線と中間線との間に接続される場合とがある。
【０００３】
この直流給電システムでは、蓄電池を正極線及び中間線の間と、中間線及び負極線の間にそれぞれ直列に接続して、これら蓄電池によって正極線と中間線との間の電位差と、中間線と負極線との間の電位差とが一定となるように構成している。この構成において蓄電池の充放電制御により、正極線と中間線との間、及び中間線と負極線との間の電圧分担を均等化して、中間線のゼロ電位を安定させることができ、送電損失を低減することができる。
【０００４】
しかしながら、上記の構成では、蓄電池を正極線と中間線との間、及び中間線と負極線との間にそれぞれ設ける必要がありコストが増大してしまう。また、各蓄電池の充放電頻度の均等化や充電状態のアンバランスを解消するための手立てを講じる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１５２６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、３線方式の直流給電システムにおいて、正極線と中間線との間、及び中間線と負極線との間それぞれに蓄電池を設けることなく、正極線と中間線との間、及び中間線と負極線との間の電圧分担を均等化して、中間線のゼロ電位を安定させることをその主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係る直流給電システムは、正極線、負極線及び中間線からなる３線で構成され、前記正極線と前記中間線との間に負荷が接続され、前記負極線と前記中間線との間に負荷が接続される直流給電システムであって、前記正極線と前記中間線との間、及び前記負極線と前記中間線との間に接続された絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器と、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器を制御して、前記正極線と前記中間線との間、及び前記負極線と前記中間線との間で直流電力の授受を行わせる変換器制御部とを備える。
【０００８】
このような直流給電システムであれば、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器により正極線と中間線との間、及び負極線と中間線との間で直流電力の授受を行わせるので、正極線と中間線との間、及び中間線と負極線との間の電圧分担を均等化して、中間線のゼロ電位を安定させることができる。また、中間線のゼロ電位を安定させることができるので、中間線における送電損失を低減することができる。ここで、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器を用いているので、電位が異なる線路間においても直流電力を融通することができる。さらに、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器を用いているので、一方の電力線で地絡故障が生じた場合でも他方の電力線に波及することを防ぐことができる。
【０００９】
本発明の効果を顕著にするためには、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器は、前記３線において前記負荷が接続される末端側に接続されていることが望ましい。
【００１０】
変換器制御部の具体的な制御態様としては、前記変換器制御部は、前記正極線を流れる直流電流と前記負極線を流れる直流電流とが等しくなるように、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器を制御することが望ましい。また、変換器制御部は、前記正極線の電位の絶対値と前記負極線の電位の絶対値とが等しくなるように、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器を制御するものであっても良い。その他、変換器制御部は、前記正極線と前記中間線との電圧と、前記中間線と前記負極線との電圧とが等しくなるように、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器を制御するものであっても良い。
【００１１】
中間線のゼロ電位を精度良く制御するためには、前記変換器制御部は、前記中間線を流れる直流電流がゼロとなるように前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器を制御することが望ましい。
【００１２】
正極線と中間線との間、及び中間線と負極線との間の電圧分担を均等化するために蓄電池を設置する場合は、直流給電システムは、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器に接続された蓄電池を更に備え、前記変換器制御部は、前記絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器を制御して、前記正極線及び前記負極線を介して前記蓄電池の充放電を行うことが望ましい。
このように蓄電池を設けることによって、蓄電池を正極線と中間線との間、又は負極線と中間線との間にそれぞれ設置することなく、正極線と中間線との間、又は負極線と中間線との間に電力を供給することができ、或いは、正極線と中間線との間、又は負極線と中間線との間から余剰電力を吸収することができる。
この構成では，蓄電池を正極線と中間線との間、又は負極線と中間線との間にそれぞれ設置した場合の充放電頻度の均等化などの問題を解決できるとともに、変換器の台数も削減できる。
【００１３】
また、直流給電システムは、前記３線のうち２線に接続された蓄電装置を更に備え、前記蓄電装置は、蓄電池と、当該蓄電池の充放電を行うＤＣ／ＤＣ変換器と、当該ＤＣ／ＤＣ変換器を制御する変換器制御部とを備えることが望ましい。
この構成であれば、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器とは別に蓄電装置を設置するので、蓄電装置の設置箇所の制約を受けにくくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
このように構成した本発明によれば、３線方式の直流給電システムにおいて、正極線と中間線との間、及び中間線と負極線との間それぞれに蓄電池を設けることなく、正極線と中間線との間、及び中間線と負極線との間の電圧分担を均等化して、中間線のゼロ電位を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の直流給電システムの構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態の変換器制御部の制御ブロック図である。
【図３】変形実施形態の直流給電システムの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る直流給電システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
本実施形態の直流給電システム１００は、図１に示すように、商用電力系統１０からの交流電力を変圧器１１及びＡＣ／ＤＣ変換器１２を介して変換された直流電力を需要家設備２０に給電するものである。
【００１８】
具体的に直流給電システム１００は、正の電位が印加される正極線Ｌ１、負の電位が印加される負極線Ｌ２及び接地電位が印加される中間線Ｌ３からなる３線で構成され、正極線Ｌ１及び中間線Ｌ３の間に需要家設備２０が接続され、負極線Ｌ２及び中間線Ｌ３の間に需要家設備２０が接続されるものである。なお、正極線Ｌ１及び負極線Ｌ２の間に需要家設備２０が接続されても良い。
【００１９】
本実施形態では、正極線Ｌ１には＋の電圧が印加され、負極線Ｌ２には同じ大きさの−の電圧が印加されている。また、正極線Ｌ１、負極線Ｌ２及び中間線Ｌ３の受電端側（系統側）にはそれぞれ電流計測部Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３が設けられている。正極線Ｌ１及び負極線Ｌ２の末端側にはそれぞれ電流計測部Ｓ２１、Ｓ２２が設けられている。
【００２０】
図１では、正極線Ｌ１及び中間線Ｌ３の末端には、需要家設備２０として、ＤＣ／ＤＣ変換器２１及び太陽光発電装置等の分散型電源２２が接続されており、負極線Ｌ２及び中間線Ｌ３の末端には、需要家設備２０として、ＤＣ／ＤＣ変換器２３、ＡＣ／ＤＣ変換器２４及び空調機やプリンター等の負荷２５が接続された例を示しているが、各線路間に接続される需要家設備２０はこれらに限定されない。
【００２１】
そして、本実施形態の直流給電システム１００は、正極線Ｌ１と中間線Ｌ３との間、及び負極線Ｌ２と中間線Ｌ３との間に接続された絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３と、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３を制御する変換器制御部４とを備えている。なお、本実施形態では、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３には、蓄電池５が接続されている。
【００２２】
絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３は、デュアルアクティブブリッジ（ＤＡＢ）方式の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであり、第１の双方向電力変換部３１と、第２の双方向電力変換部３２と、第３の双方向電力変換部３３と、それらの間に設けられた絶縁変圧部３４とを有している。
【００２３】
第１の双方向電力変換部３１は、正極線Ｌ１と中間線Ｌ３との間に直列に接続されており、第２の双方向電力変換部３２は、中間線Ｌ３と負極線Ｌ２との間に直列に接続されている。また、第３の双方向電力変換部３３には、蓄電池５が接続されている。これらの双方向電力変換部３１〜３３は、半導体スイッチ素子を用いて構成されたインバータ回路である。さらに、絶縁変圧部３４は、何れかの双方向電力変換部３１〜３３により変換された交流電力を変圧してその他の双方向電力変換部３１〜３３に二次電力を供給するものである。
【００２４】
変換器制御部４は、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３を制御して、正極線Ｌ１と中間線Ｌ３との間、及び負極線Ｌ２と中間線Ｌ３との間で直流電力の授受を行わせるものである。また、変換器制御部４は、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３を制御して、正極線Ｌ１及び負極線Ｌ２を介して蓄電池５の充放電を行う。
【００２５】
具体的に変換器制御部４は、正極線Ｌ１及び負極線Ｌ２の末端側に設けられた電流計測部Ｓ２１、Ｓ２２により得られた計測電流値を用いて絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３の各双方向電力変換部３１〜３３を制御する。具体的に変換器制御部４は、図２に示す制御ブロック図により電流指令値を算出して絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３の各双方向電力変換部３１〜３３を制御する。
【００２６】
ここで、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３への電流指令値Ｉｐ、Ｉｎは、ＩＳ＋＝ＩＳ−＝（ＩＬ＋＋ＩＬ−）／２となれば良いので、以下の式１、式２となる。なお、ＩＳ＋は、電流計測器Ｓ１１により得られた電流計測値であり、ＩＳ−は、電流計測器Ｓ１２により得られた電流計測値である。また、ＩＬ＋は、電流計測器Ｓ２１により得られた電流計測値であり、ＩＬ−は、電流計測器Ｓ２２により得られた電流計測値である。
Ｉｐ＝ＩＳ＋−ＩＬ＋＝（ＩＬ＋＋ＩＬ−）／２−ＩＬ＋＝（−ＩＬ＋＋ＩＬ−）／２   ・・・（式１）
Ｉｎ＝ＩＳ−−ＩＬ−＝（ＩＬ＋＋ＩＬ−）／２−ＩＬ−＝（ＩＬ＋−ＩＬ−）／２＝−Ｉｐ      ・・・（式２）
【００２７】
なお、蓄電池５から負荷２５への電力供給を行う場合には、上記の電流指令値に補償電流を加えた指令値とすれば良い。
【００２８】
このように構成した本実施形態の直流給電システム１００によれば、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３により正極線Ｌ１と中間線Ｌ３との間、及び負極線Ｌ２と中間線Ｌ３との間で直流電力の授受を行わせるので、正極線Ｌ１と中間線Ｌ３との間、及び中間線Ｌ３と負極線Ｌ２との間の電圧分担を均等化して、中間線Ｌ３のゼロ電位を安定させることができる。また、中間線Ｌ３のゼロ電位を安定させることができるので、中間線Ｌ３における送電損失を低減することができる。ここで、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３を用いているので、電位が異なる線路間においても直流電力を融通することができる。さらに、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３を用いているので、一方の電力線（例えば正極線Ｌ１）で地絡故障が生じた場合でも他方の電力線Ｌ２に波及することを防ぐことができる。その他、従来のように複数の蓄電池を用いる必要がないので、蓄電池間のアンバランスを解消するための手立てを講じる必要がない。
【００２９】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３０】
例えば、前記実施形態では、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３に蓄電池５が接続される構成であったが、図３に示すように、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３と蓄電装置６とを別々に設ける構成としてもよい。
【００３１】
この場合、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３は、第１の双方向電力変換部３５と第２の双方向電力変換部３６と絶縁変圧部３７を有する構成となる。第１の双方向電力変換部３５は、正極線Ｌ１と中間線Ｌ３との間に直列に接続されており、第２の双方向電力変換部３６は、中間線Ｌ３と負極線Ｌ２との間に直列に接続されている。絶縁変圧部３７は、一方の双方向電力変換部により変換された交流電力を変圧して他方の双方向電力変換部に二次電力を供給するものである。
【００３２】
また、蓄電装置６は、蓄電池６１と、当該蓄電池６１の直流電力を交流電力に変換する双方向電力変換部６２と、当該双方向電力変換部６２を制御する変換器制御部６３とを有する構成である。図３では、蓄電装置６は正極線Ｌ１と負極線Ｌ２の間に接続される構成としているが、正極線Ｌ１又は負極線Ｌ２と中間線Ｌ３との間に接続される構成としてもよい。このように蓄電装置６を設ける構成であっても、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３を介して電力の融通を行うので、蓄電装置６の充放電回数を低減することができ、蓄電装置６を長寿命化することができる。また、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３と蓄電装置６とを別々に設けているので、蓄電装置６の設置箇所の制約を受けにくくすることができる。
【００３３】
また、変換器制御部４は、正極線Ｌ１の電位の絶対値と負極線Ｌ２の電位の絶対値とが等しくなるように、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３を制御するものであっても良いし、正極線Ｌ１と中間線Ｌ３の電圧と、中間線Ｌ３と負極線Ｌ２の電圧とが等しくなるように、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器３を制御するものであっても良い。
【００３４】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３５】
１００・・・直流給電システム
２０  ・・・需要家設備
Ｌ１  ・・・正極線
Ｌ２  ・・・負極線
Ｌ３  ・・・中間線
３    ・・・絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換器
４    ・・・変換器制御部
５    ・・・蓄電池
６    ・・・蓄電装置
６１  ・・・蓄電池
６２  ・・・ＤＣ／ＤＣ変換器
６３  ・・・変換器制御部
【図１】
2020018140.tif 000003
【図２】
2020018140.tif 000004
【図３】
2020018140.tif 000005