(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１乃至第Ｎ次（Ｎは２以上の整数）の電力変換ユニットを含む電力変換システムであって、
第１次の前記電力変換ユニットは、
直流電力が入力される入力端子と、
前記入力された直流電力を、所定の直流電力に変換する変換回路と、
前記変換回路により変換された前記所定の直流電力を出力する出力端子と、を含み、
第ｉ（ｉは２以上Ｎ以下の任意の整数）次の前記電力変換ユニットはそれぞれ、
複数の第（ｉ−１）次の前記電力変換ユニットを含み、
前記複数の第（ｉ−１）次の前記電力変換ユニットの各入力端子を並列接続した場合には前記複数の第（ｉ−１）次の前記電力変換ユニットの各出力端子を直列接続し、前記複数の第（ｉ−１）次の前記電力変換ユニットの各入力端子を直列接続した場合には前記複数の第（ｉ−１）次の前記電力変換ユニットの各出力端子を並列接続し、
第（ｉ−１）次の前記電力変換ユニットの各入力端子を並列接続した場合には第ｉ次の前記電力変換ユニットの各入力端子を直列接続し、第（ｉ−１）次の前記電力変換ユニットの各入力端子を直列接続した場合には第ｉ次の前記電力変換ユニットの各入力端子を並列接続した
ことを特徴とする電力変換システム。
【請求項２】
複数の電力変換ユニットを含む電力変換システムであって、
複数の前記電力変換ユニットはそれぞれ、
直流電力が入力される入力端子と、
前記入力された直流電力を、所定の直流電力に変換する変換回路と、
前記変換回路により変換された前記所定の直流電力を出力する出力端子と、をそれぞれ備える複数の電力変換装置を含み、
前記電力変換ユニットごとに含まれる複数の前記電力変換装置の入力端子をそれぞれ直列接続すると共に、当該複数の前記電力変換装置の出力端子をそれぞれ並列接続し、
複数の前記電力変換ユニットの入力端子をそれぞれ並列接続すると共に、複数の前記電力変換ユニットの出力端子をそれぞれ直列接続した
ことを特徴とする電力変換システム。
【請求項３】
前記電力変換装置は、絶縁型電力変換装置である
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換システム。
【請求項４】
設計対象の電力変換システムの入力電圧と出力電圧を設定するステップと、
前記入力電圧の因数により当該入力電圧を除した入力電圧の分割値と、前記出力電圧の因数により当該出力電圧を除した出力電圧の分割値とを算出する算出ステップと、
前記入力電圧の分割値と、前記出力電圧の分割値との組み合わせに基づいて特定した電力変換装置の電力密度を、当該特定した電力変換装置について予め定められた特性データに基づいて演算する演算ステップと、
前記入力電圧の因数と前記出力電圧の因数とを順次変化させて前記算出ステップと前記演算ステップとを繰り返し実行した後に、前記演算ステップにより演算された電力密度又は変換効率が最大となる入力電圧の分割値と出力電圧の分割値との組み合わせに対応した電力変換装置を決定する決定ステップと、
を実行する、コンピュータ。
【請求項５】
設計対象の電力変換システムの入力電圧と出力電圧を設定するステップと、
前記入力電圧の因数により当該入力電圧を除した入力電圧の分割値と、前記出力電圧の因数により当該出力電圧を除した出力電圧の分割値とを算出する算出ステップと、
前記入力電圧の分割値と、前記出力電圧の分割値との組み合わせに基づいて特定した電力変換装置の電力密度を、当該特定した電力変換装置について予め定められた特性データに基づいて演算する演算ステップと、
前記入力電圧の因数と前記出力電圧の因数とを順次変化させて前記算出ステップと前記演算ステップとを繰り返し実行した後に、前記演算ステップにより演算された電力密度又は変換効率が最大となる入力電圧の分割値と出力電圧の分割値との組み合わせに対応した電力変換装置を決定する決定ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換システム、電力変換システムの設計方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置の高密度化が進んでおり、特に１００Ｖ以下ではこうした高密度化された電力変換装置が多数開発されている。そして、高電圧（例えば数百Ｖ以上）の電力変換装置を構成する場合には、こうした１００Ｖ以下の電力変換装置を複数直列に組み合わせて構成することが提案されている。
【０００３】
図１１には、４８Ｖ／４８Ｖ（入力電圧／出力電圧）の絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００を８台直列に組み合わせて構成した従来例に係る３８４Ｖ／３８４Ｖの直流電力変換システムの一例を示した。図１１に示される８台の絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００はそれぞれ入力電圧（４８Ｖ）を出力電圧（４８Ｖ）に変換（制御）して出力する機能を有しており、各絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の入力端子を直列接続すると共に、その出力端子も直列接続して直流電力変換システムを構成している。
【０００４】
図１１の直流電力変換システムにおいて、実際には直列接続した各絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置の入力電圧が均一化しない（バランスしない）ことにより、一部の絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００に過電圧が生じ故障する可能性があった。そこで、図１２に示すように、直流電力変換システムに各絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の入力電圧をバランスさせるための電圧バランス回路２０２を設けることが考えられている。なお、こうした電圧バランス回路２０２を設ける構成は下記の特許文献１にも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１９３６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電圧バランス回路は電力変換システムの出力には寄与しないため、電圧バランス回路を設けるとエネルギー的、空間的な損失が生じてしまう。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであって、その目的の１つは、複数の電力変換装置を直列に組み合わせて構成した電力変換システムにおいて、各電力変換装置への入力電圧をバランスさせるための専用の電圧バランス回路を不要とした電力変換システムを提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的の１つは、効率が高い電力変換システムを設計することができる電力変換システムの設計方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る電力変換システムは、第１乃至第Ｎ次（Ｎは２以上の整数）の電力変換ユニットを含む電力変換システムであって、前記第１次の電力変換ユニットは、直流電力が入力される入力端子と、前記入力された直流電力を、所定の直流電力に変換する変換回路と、前記変換回路により変換された前記所定の直流電力を出力する出力端子と、を含み、前記第ｉ（ｉは２以上Ｎ以下の任意の整数）次の電力変換ユニットはそれぞれ、複数の前記第（ｉ−１）次の電力変換ユニットを含み、前記複数の前記第（ｉ−１）次の電力変換ユニットの各入力端子を並列接続した場合には前記複数の前記第（ｉ−１）次の電力変換ユニットの各出力端子を直列接続し、前記複数の前記第（ｉ−１）次の電力変換ユニットの各入力端子を直列接続した場合には前記複数の前記第（ｉ−１）次の電力変換ユニットの各出力端子を並列接続し、前記第（ｉ−１）次の電力変換ユニットの各入力端子を並列接続した場合には前記第ｉ次の電力変換ユニットの各入力端子を直列接続し、前記第（ｉ−１）次の電力変換ユニットの各入力端子を直列接続した場合には前記第ｉ次の電力変換ユニットの各入力端子を並列接続したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る電力変換システムは、複数の電力変換ユニットを含む電力変換システムであって、前記複数の電力変換ユニットはそれぞれ、直流電力が入力される入力端子と、前記入力された直流電力を、所定の直流電力に変換する変換回路と、前記変換回路により変換された前記所定の直流電力を出力する出力端子と、をそれぞれ備える複数の電力変換装置を含み、前記電力変換ユニットごとに含まれる前記複数の電力変換装置の入力端子をそれぞれ直列接続すると共に、当該複数の電力変換装置の出力端子をそれぞれ並列接続し、前記複数の電力変換ユニットの入力端子をそれぞれ並列接続すると共に、前記複数の電力変換ユニットの出力端子をそれぞれ直列接続したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様では、前記電力変換装置は、絶縁型電力変換装置であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る電力変換システムの設計方法は、設計対象の電力変換システムの入力電圧と出力電圧を設定するステップと、前記入力電圧の因数により当該入力電圧を除した入力電圧の分割値と、前記出力電圧の因数により当該出力電圧を除した出力電圧の分割値とを算出する算出ステップと、前記入力電圧の分割値と、前記出力電圧の分割値との組み合わせに基づいて特定した電力変換装置の電力密度を、当該特定した電力変換装置について予め定められた特性データに基づいて演算する演算ステップと、前記入力電圧の因数と前記出力電圧の因数とを順次変化させて前記算出ステップと前記演算ステップとを繰り返し実行した後に、前記演算ステップにより演算された電力密度が最大となる入力電圧の分割値と出力電圧の分割値との組み合わせに対応した電力変換装置を決定する決定ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るプログラムは、設計対象の電力変換システムの入力電圧と出力電圧を設定するステップと、前記入力電圧の因数により当該入力電圧を除した入力電圧の分割値と、前記出力電圧の因数により当該出力電圧を除した出力電圧の分割値とを算出する算出ステップと、前記入力電圧の分割値と、前記出力電圧の分割値との組み合わせに基づいて特定した電力変換装置の電力密度を、当該特定した電力変換装置について予め定められた特性データに基づいて演算する演算ステップと、前記入力電圧の因数と前記出力電圧の因数とを順次変化させて前記算出ステップと前記演算ステップとを繰り返し実行した後に、前記演算ステップにより演算された電力密度が最大となる入力電圧の分割値と出力電圧の分割値との組み合わせに対応した電力変換装置を決定する決定ステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一態様によれば、複数の電力変換装置を直列に組み合わせて構成した電力変換システムにおいて、各電力変換装置への入力電圧をバランスさせるための専用の電圧バランス回路が不要となる。こうすることで、専用の電力バランス回路を設けた場合に比べて、効率の向上、小型化、部品点数の削減を実現できる。
【００１５】
また、本発明の一態様によれば、電力変換システムに要求される入力電圧と出力電圧とを複数個の組み合わせにより構成可能な電力変換装置のうち電力密度または変換効率が高い電力変換装置を選択することにより、高電力密度または高変換効率の電力変換システムを設計できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る直流電力変換システムを備えた高電圧直流給電システムの構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る直流電力変換システムの構成図である。
【図３】絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニットの構成図である。
【図４】３８４Ｖ（入力／９６Ｖ（出力）の直流電力変換システムの一例を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る直流電力変換システムの構成図である。
【図６】絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニットの構成図である。
【図７】第３の実施形態に係る直流電力変換システムの構成図である。
【図８】コンピュータのハードウェア構成図である。
【図９】電力変換装置データの一例を示す図である。
【図１０】直流電力変換システムの構成を決定する処理のフローチャートである。
【図１１】従来例に係る電力変換システムの一例を示す図である。
【図１２】従来例に係る電圧バランス回路を設けた電力変換システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１８】
図１には、第１の実施形態に係る直流電力変換システム１０を備えた高電圧直流給電システム１の構成図を示した。図１に示されるように、高電圧直流給電システム１は、１又は複数の電源ユニット２０が並列に接続されて構成される。
【００１９】
電源ユニット２０は、ＡＣ／ＤＣ変換器３０、コンデンサ４０、及びＤＣ／ＤＣ変換器として機能する本実施形態に係る直流電力変換システム１０を含む。ＡＣ／ＤＣ変換器３０は、交流電源４から入力される交流電力（例えば２００Ｖ）を所定電圧（例えば３８４Ｖ）の直流電力に変換して直流電力変換システム１０に出力する。直流電力変換システム１０は、ＡＣ／ＤＣ変換器３０から入力された直流電力を所定電圧（例えば３８４Ｖ）に変換（制御）して出力する。そして、電源ユニット２０から出力された直流電力は、配電盤６を介して複数の負荷８に供給される。図１には、配電盤６を１つ、負荷８を複数示したが、配電盤６や負荷８の数は図１に示されている態様に限定されるものではない。以下、直流電力変換システム１０の詳細について説明する。
【００２０】
図２には、本実施形態に係る直流電力変換システム１０の構成図を示した。図２に示されるように、直流電力変換システム１０は、複数（ｎ台）の絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００を含み構成されている。
【００２１】
絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００は、第１の電圧（Ｖ１：ＡＣ／ＤＣ変換器３０からの入力電圧であり、例えば３８４Ｖ）の直流電力を第２の電圧（Ｖ２：例えば４８Ｖ）の直流電力に変換して出力する機能を有する。そして、本実施形態に係る直流電力変換システム１０では、各絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００の入力端子を並列接続すると共に、各絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００の出力端子を直列接続している。ここで直流電力変換システム１０に要求される出力電圧を３８４Ｖ（Ｖout）とすると、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００の接続台数は８台（ｎ＝Ｖout／Ｖ２）となる。
【００２２】
次に、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００の詳細について説明する。
【００２３】
図３には、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００の構成図を示した。図３に示されるように、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００は、複数（ｍ台）の絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００から構成されている。
【００２４】
絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００は、直流電力の入力を受け付ける入力端子、所定の入力電圧（Ｖ３：例えば４８Ｖ）の直流電力を所定の出力電圧（Ｖ２：絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００の出力電圧に等しく、例えば４８Ｖ）の直流電力に変換する変換回路、及び変換回路により変換された直流電力を出力する出力端子を有する。そして、本実施形態に係る絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００では、各絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の入力端子を直列接続すると共に、各絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の出力端子を並列接続している。ここで絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００の入力電圧を３８４Ｖ（Ｖin）とすると、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の接続台数は８台（ｍ＝Ｖin／Ｖ３）となる。
【００２５】
以上の構成に係る絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００においては、各絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の入力電圧Ｖ３は、それぞれの絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の有する出力インピーダンスに比例して電圧Ｖ１を分圧する。ある特定の絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の出力電流が増加すると、それに対応する絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の入力電圧Ｖ３が減少し、その影響により他の絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の入力電圧Ｖ３が上昇し出力電流が増加する、という動作を繰り返すため、入力電圧Ｖ３は自動的にバランスすることとなる。また、過負荷が生じる状況においては上記の動作に絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の有する垂下特性が加わるが、垂下特性も出力電流が増加するに従い入力電圧Ｖ３を減少させる動作であることから、絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置２００のそれぞれの入力電圧Ｖ３は同様に自動的にバランスすることとなる。
【００２６】
以上の動作により、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００には電圧バランス回路を別途設ける必要がない。そして、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００の入力電圧は共通であり電圧バランス回路は不要であるから、直流電力変換システム１０には電圧バランス回路を設ける必要がない。このように、本発明によれば、電力バランス回路を設けることなく、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の単体出力の総和（例えば絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の単体出力を３００Ｗとしたときに、６４台の総和である約２０ｋＷ）を出力する直流電力変換システム１０を実現できる。
【００２７】
なお、第１の実施形態においては、絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置２００が第１次の電力変換ユニット、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００が第１次の電力変換ユニットの入力端子を直列接続、出力端子を並列接続して構成された第２次の電力変換ユニット、直流電力変換システム１０が第２次の電力変換ユニットの入力端子を並列接続、出力端子を直列接続して構成された第３次の電力変換ユニットとなる。
【００２８】
以上の直流電力変換システム１０によれば、電力バランス回路を設けた場合の電力損失がないため、電力バランス回路を設けた場合に比べて効率を向上できる。
【００２９】
以上の直流電力変換システム１０によれば、電力バランス回路を設けるスペースがないため、電力バランス回路を設けた場合に比べて小型化が可能である。
【００３０】
以上の直流電力変換システム１０によれば、電力バランス回路を設ける必要がないため、電力バランス回路を設けた場合に比べて部品点数を削減することができ、よりコストを抑えることができる。
【００３１】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１００、ＡＣ／ＤＣ変換器３０における入力電圧や出力電圧の組み合わせは任意であり、上記の実施形態に限定されない。具体例として、図４には、４８Ｖ（入力）／４８Ｖ（出力）の絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００で構成した、３８４Ｖ（入力）／９６Ｖ（出力）の直流電力変換システム１５の一例を示した。
【００３２】
また、本実施形態では、４８Ｖ／４８Ｖの絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００を用いた例を説明したが、電圧レベルや変圧比は任意であり、最大効率（または密度）を有する絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００を複数組み合わせることで、任意の効率（又は密度）の電力変換システムを構成することができる。
【００３３】
次に、他の実施形態について説明する。図５には、第２の実施形態に係る直流電力変換システム１１の構成図を示した。図５に示されるように、直流電力変換システム１１は、複数（ｎ台）の絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１０１を含み構成されている。なお、直流電力変換システム１１も直流電力変換システム１０と入力電圧及び出力電圧の設定は同じであることとする。
【００３４】
絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１０１は、第１の電圧（Ｖ４：ＡＣ／ＤＣ変換器３０からの入力電圧をｎ台で分圧した電圧値であり、例えば３８４／８＝４８Ｖ）の直流電力を第２の電圧（Ｖ５：例えば３８４Ｖ）の直流電力に変換して出力する機能を有する。そして、本実施形態に係る直流電力変換システム１０では、各絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１０１の入力端子を直列接続すると共に、各絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１０１の出力端子を並列接続している。
【００３５】
図６には、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１０１の構成図を示した。図６に示されるように、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１０１は、複数（ｍ台）の絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００から構成されている。
【００３６】
絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００は、直流電力の入力を受け付ける入力端子、所定の入力電圧（Ｖ４：例えば４８Ｖ）の直流電力を所定の出力電圧（Ｖ６：例えば４８Ｖ）の直流電力に変換する変換回路、及び変換回路により変換された直流電力を出力する出力端子を有する。そして、本実施形態に係る絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１０１では、各絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の入力端子を並列接続すると共に、各絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の出力端子を直列接続している。ここで絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１０１の出力電圧を３８４Ｖ（Ｖout）とすると、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置２００の接続台数は８台（ｍ＝Ｖout／Ｖ６）となる。
【００３７】
なお、第２の実施形態においては、絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置２００が第１次の電力変換ユニット、絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット１０１が第１次の電力変換ユニットの入力端子を並列接続、出力端子を直列接続して構成された第２次の電力変換ユニット、直流電力変換システム１０が第２次の電力変換ユニットの入力端子を直列接続、出力端子を並列接続して構成された第３次の電力変換ユニットとなっている。
【００３８】
次に、図７には、第３の実施形態に係る直流電力変換システム１２の構成図を示した。図７に示される直流電力変換システム１２は、第１〜６次の電力変換ユニットから構成されており、第１次の電力変換ユニット２５０Ａ（基本素子）に入力電圧が４８Ｖ、出力電圧が１２Ｖの絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置を用いた場合の一構成例である。なお、直流電力変換システム１２も直流電力変換システム１０と入力電圧及び出力電圧の設定は同じであることとする。
【００３９】
図７（Ａ）には、第２次の電力変換ユニット２５０Ｂの構成例を示した。図７（Ａ）に示されるように、第２次の電力変換ユニット２５０Ｂは、第１次の電力変換ユニット２５０Ａを４つ含み、第１次の電力変換ユニット２５０Ａの入力端子を並列接続し、出力端子を直列接続して構成される。第２次の電力変換ユニット２５０Ｂの入力電圧は４８Ｖ、出力電圧は４８Ｖとなる。
【００４０】
図７（Ｂ）には、第３次の電力変換ユニット２５０Ｃの構成例を示した。図７（Ｂ）に示されるように、第３次の電力変換ユニット２５０Ｃは、第２次の電力変換ユニット２５０Ｂを４つ含み、第２次の電力変換ユニット２５０Ｂの入力端子を直列接続し、出力端子を並列接続して構成される。第３次の電力変換ユニット２５０Ｃの入力電圧は１９２Ｖ、出力電圧は４８Ｖとなる。
【００４１】
図７（Ｃ）には、第４次の電力変換ユニット２５０Ｄの構成例を示した。図７（Ｃ）に示されるように、第４次の電力変換ユニット２５０Ｄは、第３次の電力変換ユニット２５０Ｃを４つ含み、第４次の電力変換ユニット２５０Ｄの入力端子を並列接続し、出力端子を直列接続して構成される。第４次の電力変換ユニット２５０Ｄの入力電圧は１９２Ｖ、出力電圧は１９２Ｖとなる。
【００４２】
図７（Ｄ）には、第５次の電力変換ユニット２５０Ｅの構成例を示した。図７（Ｄ）に示されるように、第５次の電力変換ユニット２５０Ｅは、第４次の電力変換ユニット２５０Ｄを２つ含み、第４次の電力変換ユニット２５０Ｄの入力端子を直列接続し、出力端子を並列接続して構成される。第５次の電力変換ユニット２５０Ｅの入力電圧は３８４Ｖ、出力電圧は１９２Ｖとなる。
【００４３】
図７（Ｅ）には、第６次の電力変換ユニット２５０Ｆ（直流電力変換システム１２）の構成例を示した。図７（Ｅ）に示されるように、第６次の電力変換ユニット２５０Ｆは、第５次の電力変換ユニット２５０Ｅを２つ含み、第５次の電力変換ユニット２５０Ｅの入力端子を並列接続し、出力端子を直列接続して構成される。第６次の電力変換ユニット２５０Ｆの入力電圧は３８４Ｖ、出力電圧は３８４Ｖとなる。
【００４４】
本発明は以上の実施形態に限定されない。例えば、入力電圧Ｖin、出力電圧Ｖoutの電力変換ユニットを、入力電圧Ｖａ、出力電圧Ｖｂの絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置（第１次の電力変換ユニット）を用いて構成する場合に、Ｖin／Ｖａ＝Ａ、Ｖout／Ｖｂ＝Ｂを算出し、Ａ＝α１α２・・・αｎ（α１〜αｎはＡを因数分解したもの）、Ｂ＝β１β２・・・βｍ（β１〜βｍはＢを因数分解したものであり、ｎとｍの差は１以下である）を求め、第２次以降の電力変換ユニットを例えば以下のように構成することとしてよい。
【００４５】
まず、ｎ≧ｍである場合には、第２次の電力変換ユニットは、第１次の電力変換ユニットをα１（Ａの１番目の因数）個含み、第１次の電力変換ユニットの入力端子を直列接続、出力端子を並列接続して構成することとしてよい。そして、第３次の電力変換ユニットは、第２次の電力変換ユニットをβ１（Ｂの１番目の因数）個含み、第２次の電力変換ユニットの入力端子を並列接続、出力端子を直列接続して構成することとしてよい。さらに、第４次の電力変換ユニットは、第３次の電力変換ユニットをα２（Ａの２番目の因数）個含み、第３次の電力変換ユニットの入力端子を直列接続、出力端子を並列接続して構成することとしてよい。以上の規則で、第２ｉ（ｉ＝１〜ｎ）次の電力ユニットを第２ｉ−１次の電力ユニットをαｉ個用いて、その入力端子を直列接続するとともに出力端子を並列接続して構成し、第２ｊ＋１（ｊ＝１〜ｍ）次の電力ユニットを第２ｊ次の電力ユニットをβｊ個用いて、その入力端子を並列接続するとともに出力端子を直列接続して構成することにより、高効率の小型の絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置を用いて所望の入力電圧及び出力電圧の大型の電力変換システムを実現することができる。
【００４６】
また、ｍ≧ｎである場合には、第２次の電力変換ユニットは、第１次の電力変換ユニットをβ１（Ｂの１番目の因数）個含み、第１次の電力変換ユニットの入力端子を並列接続、出力端子を直列接続して構成することとしてよい。そして、第３次の電力変換ユニットは、第２次の電力変換ユニットをα１（Ａの１番目の因数）個含み、第２次の電力変換ユニットの入力端子を直列接続、出力端子を並列接続して構成することとしてよい。さらに、第４次の電力変換ユニットは、第３次の電力変換ユニットをβ２（Ｂの２番目の因数）個含み、第３次の電力変換ユニットの入力端子を並列接続、出力端子を直列接続して構成することとしてよい。以上の規則で、第２ｊ（ｊ＝１〜ｍ）次の電力ユニットを第２ｊ−１次の電力ユニットをβｊ個用いて、その入力端子を並列接続するとともに出力端子を直列接続して構成し、第２ｉ＋１（ｉ＝１〜ｎ）次の電力ユニットを第２ｉ次の電力ユニットをαｉ個用いて、その入力端子を直列接続するとともに出力端子を並列接続して構成することにより、高効率の小型の絶縁形ＤＣ／ＤＣ変換装置を用いて所望の入力電圧及び出力電圧の大型の電力変換システムを実現することができる。なお、ｎ＝ｍである場合には、上述した規則のうちいずれを用いてもよい。
【００４７】
次に、本実施形態に係る直流電力変換システムを設計する方法及び当該方法を実装したプログラムを実行するコンピュータについて説明する。
【００４８】
図８には、プログラムを実行するコンピュータ３００のハードウェア構成図を示した。図８に示されるように、コンピュータ３００は、制御部３０２、記憶部３０４、表示制御部３０６、入力受付部３０８を備え、各部はバス３１０を介して相互にデータ通信可能に接続される。
【００４９】
制御部３０２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含み、記憶部３０４に記憶されたプログラムに基づいて、各種の演算処理を実行するとともにコンピュータ３００の各部を制御する。
【００５０】
記憶部３０４は、コンピュータ３００のオペレーティングシステム等の制御プログラムや本実施形態に係る設計アプリケーションプログラムやデータを記憶するほか、制御部３０２のワークメモリとしても用いられる。プログラムは、光ディスク、磁気ディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等の情報記憶媒体に格納された状態でコンピュータ３００に供給されてもよいし、インターネット等のデータ通信手段を介してコンピュータ３００に供給されてもよい。
【００５１】
表示制御部３０６は、コンピュータ３００に内蔵、又は外部接続された液晶ディスプレイ等の表示手段と接続し、表示手段にコンピュータ３００における情報処理の結果（画面）を表示させる。
【００５２】
入力受付部３０８は、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力手段と接続し、入力手段からユーザの情報入力を受け付ける。
【００５３】
図９には、記憶部３０４に記憶される電力変換装置のデータ（電力変換装置データ）の一例を示した。図９に示される電力変換装置データには、電力変換装置の識別情報（デバイスＩＤ）、入力電圧、出力電圧、定格出力電力、変換効率、デバイス体積、ヒートシンク体積の情報がそれぞれ関連付けて記憶される。なお、ヒートシンク体積は、定格出力と変換効率から計算される発熱量に基づいて演算した値を用いることとしてよい。
【００５４】
図１０には、コンピュータ３００により行われる、直流電力変換システムの構成を決定する処理のフローチャートを示した。
【００５５】
図１０に示されるように、コンピュータ３００は、ユーザから受け付けたデータに基づいて、設計対象の直流電力変換システムの入力電圧Ｖin及び出力電圧Ｖoutを設定する（Ｓ１００１）。
【００５６】
まず、コンピュータ３００は、記憶部３０４に記憶される電力変換装置データを参照して、入力電圧Ｖin及び出力電圧Ｖoutを満足する電力変換装置の電力密度を算出する（Ｓ１００２）。ここで、電力密度は、定格出力電力／（デバイス体積＋ヒートシンク体積）により算出することとしてよい。
【００５７】
次に、コンピュータ３００は、入力電圧Ｖinの因数（Ｘ１〜Ｘｎ）を求める（Ｓ１００３）。ここで、Ｘ１＜Ｘ２＜・・・＜Ｘｎとし、Ｘ１〜ＸｎはＶin／Ｘｎが閾値（例えば電力変換装置の最小の入力電圧）以上であるという条件を満たすように決定することとしてよい。
【００５８】
さらにコンピュータ３００は、出力電圧の因数（Ｙ１〜Ｙｍ）を求める（Ｓ１００４）。ここで、Ｙ１＜Ｙ２＜・・・＜Ｙｍとし、Ｙ１〜ＹｍはＶin／Ｙｍが閾値（例えば電力変換装置の最小の出力電圧）以上であるという条件を満たすように決定することとしてよい。
【００５９】
コンピュータ３００は、ｉに初期値として１を設定し（Ｓ１００５）、ｊに初期値として１を設定し（Ｓ１００６）、記憶部３０４に記憶される電力変換装置データを参照して、Ｖin／Ｘｉを入力電圧、Ｖout／Ｙｊを出力電圧とした電力変換装置の電力密度を算出する（Ｓ１００７）。ｊがｍに達していない場合には（Ｓ１００８：Ｎ）、ｊをインクリメントして（Ｓ１００９）、Ｓ１００７に戻り、ｊがｍに達した場合には（Ｓ１００８：Ｙ）、ｉがｎに達したか否かを判定する（Ｓ１０１０）。ここで、ｉがｎに達していない場合には（Ｓ１０１０：Ｎ）、ｉをインクリメントして（Ｓ１０１１）、Ｓ１００７に戻り、ｉがｎに達した場合には（Ｓ１０１０：Ｙ）、Ｓ１００２及びＳ１００７で算出された電力密度のうち最大の電力密度を抽出する（Ｓ１０１２）。
【００６０】
コンピュータ３００は、Ｓ１０１２で抽出された電力密度に対応する電力変換装置を特定し（Ｓ１０１３）、当該特定された電力変換装置を第１次の電力変換ユニットとして直流電力変換システムの構成を決定し（Ｓ１０１４）、処理を終了する。
【００６１】
なお、Ｓ１０１３における構成の決定処理では、Ｓ１０１１で抽出された最大の電力密度に対応する因数Ｘ及び因数Ｙに基づき、例えば、Ｘ個の第１次の電力変換ユニットの入力端子を直列接続するとともに出力端子を並列接続して第２次の電力変換ユニットを構成し、Ｙ個の第２次の電力変換ユニットの入力端子を並列接続するとともに出力端子を直列接続して、直流電力変換システムを構成することとしてよい。
【００６２】
以上説明した直流電力変換システムの設計方法によれば、ユーザの所望する入力電圧及び出力電圧の直流電力変換システムを、限られた種類の電力変換装置の組み合わせにより実現することができる。このように直流電力変換システムを電力変換装置の組み合わせにより設計することで、直流電力変換システムを要求される仕様に合わせて個別に設計する場合に比べて、設計や生産に係る負荷やコストを小さくすることができる。
【００６３】
また、上記の実施形態では、電力密度が最大の電力変換装置を用いて電力変換ユニットを構成する例を示したが、変換効率が最大の電力変換装置を用いて電力変換ユニットを構成することとしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１  高電圧直流給電システム、４  交流電源、６  配電盤、８  負荷、１０，１１，１２，１５  直流電力変換システム、２０  電源ユニット、３０  ＡＣ／ＤＣ変換器、４０  コンデンサ、１００，１０１  絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換ユニット、２００  絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置、２０２  電圧バランス回路、２５０Ａ  第１次の電力変換ユニット、２５０Ｂ  第２次の電力変換ユニット、２５０Ｃ  第３次の電力変換ユニット、２５０Ｄ  第４次の電力変換ユニット、２５０Ｅ  第５次の電力変換ユニット、２５０Ｆ  第６次の電力変換ユニット、３００  コンピュータ、３０２  制御部、３０４  記憶部、３０６  表示制御部、３０８  入力受付部、３１０  バス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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