(57)【要約】【課題】負荷端電圧に影響を与えることなくバッテリへの充電電流の制御を実施し、既存設備への適用が容易な直流電源装置を得る。【解決手段】この発明による直流電源装置は、上位電源からの交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する整流器と、前記整流器により変換された直流電力により充電されるバッテリとを備え、必要に応じて前記バッテリの放電電力を前記負荷に供給し得るようにした直流電源装置であって、前記バッテリの充電電流を制御する充電電流制御手段と、前記バッテリの放電電流を制御する放電電流制御手段と、前記充電電流制御手段と前記放電電流制御手段とを制御する制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、前記上位電源の運転状態と前記負荷の運転状態とのうち少なくとも一方に応じて前記充電電流制御手段を制御することにより前記充電電流を制御することを特徴とするものである。【選択図】図１
2011130633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位電源からの交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する整流器と、前記整流器により変換された直流電力により充電されるバッテリとを備え、必要に応じて前記バッテリの放電電力を前記負荷に供給し得るようにした直流電源装置であって、
前記バッテリの充電電流を制御する充電電流制御手段と、
前記バッテリの放電電流を制御する放電電流制御手段と、
前記充電電流制御手段と前記放電電流制御手段とを制御する制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記上位電源の運転状態と前記負荷の運転状態とのうち少なくとも一方に応じて前記充電電流制御手段を制御することにより前記充電電流を制御することを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
前記充電電流制御手段は、前記整流器の出力側と前記バッテリの正極側との間に接続された充電用ＤＣチョッパにより構成され、
前記制御手段は、前記上位電源の運転状態と前記負荷の運転状態とのうち少なくとも一方に応じて前記充電用ＤＣチョッパの通流率を制御することにより、前記充電電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項３】
前記上位電源は、並列接続された複数の電源により構成され、
前記整流器は、その入力側が前記複数の電源に夫々ブレーカを介して接続されると共に出力側が前記充電電流制御手段を介して前記バッテリに接続され、
前記充電電流制御手段と前記放電電流制御手段とは並列接続され、
前記整流器の出力側と、前記充電電流制御手段と前記放電電流制御手段との並列接続部とが、前記負荷に接続されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の直流電源装置。
【請求項４】
前記負荷は、並列接続された複数の負荷により構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の直流電源装置。
【請求項５】
前記制御ユニットは、前記上位電源の容量に応じて前記充電電流制御手段を制御することを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の直流電源装置。
【請求項６】
前記制御ユニットは、前記負荷の容量に応じて前記充電電流制御手段を制御することを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか一項に記載の直流電源装置。
【請求項７】
前記制御ユニットは、前記複数の上位電源の夫々の容量を予め記憶しており、前記複数の上位電源の運転状態に対応して前記記憶した容量に基づいて運転状態にある前記上位電源の容量を演算し、この演算した容量に基づいて前記充電電流制御手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の直流電源装置。
【請求項８】
前記制御ユニットは、前記上位電源に対する高調波による等価逆相成分の影響を低減するように、前記充電電流制御手段を制御することを特徴とする請求項１乃至７のうち何れか一項に記載の直流電源装置。
【請求項９】
前記等価逆相成分の影響の低減は、前記上位電源の出力に於ける逆相分を検出する逆相分検出リレーの出力に基づき行うことを特徴とする請求項８に記載の直流電源装置。
【請求項１０】
前記バッテリの放電電流を制御する放電電流制御手段は、放電用チョッパにより構成され、
前記制御ユニットは、前記放電用チョッパの通流率を制御することにより前記負荷に供給する前記バッテリの電圧を制御することを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか一項に記載の直流電源装置。
【請求項１１】
前記整流器と前記バッテリとの間を接続する接続ケーブルを備え、
前記接続ケーブルに於ける過電流保護を、前記整流器と前記放電用ＤＣチョッパとのうちの少なくとも一方が備える過電流保護機能により行なうことを特徴とする請求項１０に記載の直流電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば火力発電所に用いられる直流電源装置に関し、更に詳しくは、バッテリ充電時の充電電流を制御することで上位電源に要求する電源容量の低減を図るようにした直流電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電源システムに於けるバッテリ充電装置は、バッテリへの充電電圧を発生する整流器の電圧を一定に保つことで充電を行っていた。そのため、バッテリへの充電電流はバッテリの放電状態に依存するのみであり充電電流の制御は実施されていなかった。従来の充電装置の問題点はこの充電電流の電流が制御されていなかったことであり、例えば、バッテリが完全放電に近い状態から充電を行おうとすると、充電開始直後に過大な充電電流をバッテリから整流器に要求することとなり、結果として、充電装置の上位電源に要求する電源容量も大きくなる。この対策として、バッテリの充電電流を監視しながら、バッテリの充電電圧を制御することでバッテリへの充電電流を制御する電源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２７７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献1に示された従来の電源装置は、交流無停電電源装置への適用
が前提となっており、バッテリの充電電圧を制御すると同時に負荷側の電圧が変動したとしても直流から交流に変換するインバータが介在することで負荷端への影響は無かったが、火力発電所向けの直流電源装置に適用する場合には、バッテリの負荷側へ直流から交流に変換するインバータが介在しないため、バッテリの充電電圧の変動が負荷端の電圧に直接影響するという課題があった。又、交流無停電電源装置の出力側に整流器を設置して直流出力を得ることが可能であるが、既存の直流電源装置と大きく異なるシステムとなるため、既存設備への適用が困難であるという課題もあった。
【０００５】
この発明は、従来の電源装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたものであり、負荷端電圧に影響を与えることなくバッテリへの充電電流の制御を実施し、既存設備への適用が容易な直流電源装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による直流電源装置は、
上位電源からの交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する整流器と、前記整流器により変換された直流電力により充電されるバッテリとを備え、必要に応じて前記バッテリの放電電力を前記負荷に供給し得るようにした直流電源装置であって、
前記バッテリの充電電流を制御する充電電流制御手段と、
前記バッテリの放電電流を制御する放電電流制御手段と、
前記充電電流制御手段と前記放電電流制御手段とを制御する制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記上位電源の運転状態と前記負荷の運転状態とのうち少なくとも一方に応じて前記充電電流制御手段を制御することにより前記充電電流を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明による直流電源装置によれば、負荷端電圧に影響を与えることなくバッテリへの充電電流の制御を実施し、既存設備への適用が容易な直流電源装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による直流電源装置のシステム構成を示す構成図で、火力発電所に適用した場合を示している。
【図２】この発明の実施の形態1による直流電源装置の動作状態を示す構成図で、火力発電所の通常運用時の動作状態を示している。
【図３】この発明の実施の形態1による直流電源装置の動作状態を示す構成図で、火力発電所の商用電源停電時の動作状態を示している。
【図４】この発明の実施の形態1による直流電源装置の動作状態を示す構成図で、火力発電所の非常用発電機運転直後の動作状態を示している。
【図５】この発明の実施の形態1による直流電源装置の動作状態を示す構成図で、火力発電所の非常用発電機運転後、且つ、直流モータ一部停止時の運転状態を示している。
【０００９】
【図６】この発明の実施の形態1による直流電源装置の動作状態を示す構成図で、火力発電所の非常用発電機運転後、且つ、直流モータ全台停止時の状態を示している。
【図７】この発明の実施の形態２による直流電源装置のシステム構成を示す構成図で、火力発電所に適用した場合を示している。
【図８】この発明の実施の形態２による直流電源装置の動作を説明するフローチャートを示す。
【図９】この発明の実施の形態３による直流電源装置のシステム構成を示す構成図で、火力発電所に適用した場合を示している。
【図１０】この発明の実施の形態１による直流電源装置の動作を説明するフローチャートを示す。
【図１１】この発明の実施の形態４による直流電源装置のシステム構成を示す構成図で、火力発電所に適用した場合を示している。
【図１２】この発明の実施の形態４による直流電源装置の動作状態を示す構成図で、火力発電所の商用電源停電時の動作状態を示す。
【図１３】この発明の実施の形態５による直流電源装置のシステム構成を示す構成図で、火力発電所に適用した場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による直流電源装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態１による直流電源装置のシステム構成を示す構成図で、火力発電所に適用した場合を示している。図１に於いて、複数個の半導体整流素子からなる整流器５は、常用電源である商用電源１から商用電源受電ブレーカ２を介して入力された商用周波数の交流電力を直流電力に変換し、直流電源装置負荷母線6へ直流電流を供給する。非常用電源
である非常発電機２は、商用電源１が停止する等の異常時に商用電源１に代わって運転される。尚、商用電源１、非常用発電機２は、この発明の実施の形態１による直流電源装置に対する上位電源を構成している。
【００１１】
火力発電所内の事故等により商用電源1からの交流電力の供給が停止した場合には、非
常用発電機3が起動し、非常用電源受電ブレーカ4を介して整流器５を運転する。整流器５から供給された直流電流は、配電盤１１を介して、前記商用電源１の停止時当の非常時に運転される非常時運転負荷としての複数個の直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１
３−ｎ（但し、ｎは１以上の整数）と、常時運転される常時運転負荷としての火力発電所制御電源負荷１４へ供給される。直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎは、夫々、コンタクタ１２−１、１２−２、・・・、１２−ｎ（但し、ｎは１以上の整数）によって電源の入り切り操作が行われる。
【００１２】
又、整流器５は、直流電源装置負荷母線６を介してバッテリ９への充電電流も供給する。直流電源装置負荷母線６とバッテリ９の間には、充電電流制御手段としての充電用ＤＣチョッパ７と放電電流制御手段としての放電用コンタクタ８との並列接続体が設置されている。制御ユニット１０は、後述するように、バッテリ９の充放電電流に応じて充電用ＤＣチョッパ７と放電用コンタクタ８を制御する。充電用ＤＣチョッパ７と放電用コンタクタ８の制御のため、制御ユニット１０には整流器５の運転状態が入力され、又、直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎと火力発電所制御電源負荷１４の定格負荷電流値が記憶されている。
【００１３】
制御ユニット１０は、商用電源受電ブレーカ２、非常用電源受電ブレーカ4、コンタク
タ１２−１、１２−２、・・・、１２−ｎ、の夫々の開閉状態、及び整流器５の運転状態等に基づいて、火力発電所内の上位電源の運転状況、火力発電所制御電源負荷１４、直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎの運転状況、のうち少なくとも一つの状況を把握し、後述するようにそれらの運転状況に応じてＤＣチョッパ７、及び放電用コンタクタ８を制御する。
【００１４】
整流器５と、バッテリ９と、充電用ＤＣチョッパ７と、放電用コンタクタ８と、制御ユニット１０は、この発明の実施の形態１による直流電源装置を構成している。
【００１５】
尚、充電電流の制御機能を有しない現行の直流電源装置に対して、充電用ＤＣチョッパ７、放電用コンタクタ８及び制御ユニット１０を追加することで、この発明の実施の形態１による直流電源装置と同等の機能を有するシステムを得ることが可能である。
【００１６】
次に、以上のように構成されたこの発明の実施の形態１による直流電源装置の動作について説明する。バッテリ９の充電電流がバッテリ９に印加される電圧に依存することは、周知の事実である。従って、充電用ＤＣチョッパ７により火力発電所の運転状態に対応してバッテリ９に印加する充電用ＤＣチョッパの出力電圧を制御することで、バッテリ９への充電電流の制御を行うことができる。
【００１７】
即ち、制御ユニット１０は、充電用ＤＣチョッパ７の通流率αを制御することにより充電用ＤＣチョッパ７の出力電圧の平均値Ｅａｖｅを制御し、バッテリ９への充電電流を制御する。ここに、充電用ＤＣチョッパ７の通流率αは、充電用ＤＣチョッパ７のスイッチング周期Ｔｐに対する導通時間Ｔｏｎの比［α＝Ｔｏｎ／Ｔｐ］である。尚、以下の説明では充電用ＤＣチョッパ７の出力電圧の平均値Ｅａｖｅを、単に、充電用ＤＣチョッパ７の出力電圧と称する。
【００１８】
図２は、この発明の実施の形態1による直流電源装置の動作状態を示す構成図で、火力
発電所の通常運用時の動作状態を示している。火力発電所の通常運転時には、整流器５は商用電源受電ブレーカ２を介して商用電源１から受電している。このとき非常用発電機３は停止しており、非常用電源受電ブレーカ４は「切」とされている。整流器５は直流電源装置負荷母線６から配電盤１１を介して火力発電所制御電源負荷１４に電源を供給している。
【００１９】
火力発電所に適用される直流モータは非常時用途であるため、火力発電所が通常運転の場合には、コンタクタ１２−１、１２−２、・・・、１２−ｎは「切」とされており、直
流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎは停止している。バッテリ９も同様に非常時用途であることから、火力発電所が通常運転の場合には十分に充電された状態となっており、バッテリ９への充電電流は「０」となり、整流器５の出力電流は全て火力発電所制御電源負荷１４に供給されている。従って、バッテリ９への充電電流の制御は不要であるため、制御ユニット１０は、充電用ＤＣチョッパ７は停止状態とし、放電用コンタクタ８を「入」の状態としている。
【００２０】
次に、火力発電所内の電源系統の事故に伴い、商用電源１が喪失つまり停電した直後に於ける動作状態について説明する。図３は、この発明の実施の形態1による直流電源装置
の動作状態を示す構成図で、火力発電所の商用電源停電時の動作状態を示している。図３に於いて、電源系統の事故に伴い、商用電源受電ブレーカ２は「入」のままであるが商用電源１は停電しており、整流器５も停止状態となる。一方で商用電源１の喪失に伴い、コンタクタ１２−１、１２−２、・・・、１２−ｎが「入」状態となり、非常用途の直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎが起動している。
【００２１】
又、火力発電所の制御を継続するため、火力発電所制御電源負荷１４も継続して使用している。このとき、直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎと火力発電所制御電源負荷１４への電源供給は、放電用コンタクタ８を介してバッテリ９が行っている。バッテリ９は放電運転中であるため、制御ユニット１０は、充電電流を制御する充電用ＤＣチョッパ７を停止させている。
【００２２】
次に、商用電源１の喪失状態が継続しているものの、非常用発電機３が運転を開始した直後の動作状態について説明する。図４は、この発明の実施の形態1による直流電源装置
の動作状態を示す構成図で、火力発電所の非常用発電機運転直後の動作状態を示している。図４に於いて、非常用発電機３が運転しているため、非常用電源受電ブレーカ４が「入」状態となり、常用電源受電ブレーカ２を「切」としている。これにより整流器５は非常用発電機３から受電して運転を再開している。
【００２３】
このとき、非常用途の直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎは、運転を継続した状態であり、火力発電所制御電源負荷１４も継続して運転されている。整流器５が運転を再開したため、従来の直流電源装置ではバッテリ９の充電も同時に開始するが、この発明の実施の形態１による直流電源装置では充電用ＤＣチョッパ７を用いて充電電流の絞込みを行う。
【００２４】
即ち、上位電源の非常用発電機３が運転され且つ非常用電源受電ブレーカ４が「入」状態であること、及び非常用途の直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎは、運転を継続した状態であり、火力発電所制御電源負荷１４も継続して運転されていることに基づいて、制御ユニット１０は、充電電流の絞込みのために放電用コンタクタ８を「切」とし、バッテリ９の発生電圧と充電用ＤＣチョッパ７のバッテリ９側の電圧とが等しくなるように、充電用ＤＣチョッパ７の通流率αを制御する。これにより、整流器５の出力は直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎと火力発電所制御電源負荷１４のみに使用され、バッテリ９への充電には使用されない。
【００２５】
従来の直流電源装置では、直流モータ電流、制御電源負荷電流、及びバッテリ充電電流の合計に見合う出力が上位側電源に必要であったが、この発明の実施の形態１による直流電源装置によれば、上位側電源に要求される電源容量は直流モータ電流と制御電源負荷電流の合計までを考慮すればよい。
【００２６】
次に、図４の状態から時間が経過し、非常用途の直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎのうち、直流モータ１３−１が停止した動作状態について説明する。図５は、この発明の実施の形態1による直流電源装置の動作状態を示す構成図で、火力発電所の非常用発電機運転後、且つ、直流モータ一部停止時の運転状態を示している。図５に於いて、直流モータ１３−１が停止したことで、整流器５の出力のうち、直流モータ１３−１相当分の電流をバッテリ９の充電に使用することが可能となる。
【００２７】
制御ユニット１０は、直流モータ１３−１が停止したことに対応して、充電用ＤＣチョッパ７の通流率αを制御する。即ち、制御ユニット１０は、直流モータ１３−１の負荷電流に相当する充電電流によりバッテリ９が充電されるように、充電用ＤＣチョッパ７の通流率αを制御してバッテリ９の発生電圧に対して充電用ＤＣチョッパ７のバッテリ９側の電圧である出力電圧を高くする。これにより、直流モータ１３−１相当分の電流に相当する充電電流がバッテリ９に流れる。
【００２８】
次に、図５の状態から更に時間が経過し、非常用途の直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎが全て停止した状態に於ける動作状態について説明する。図６は、この発明の実施の形態1による直流電源装置の動作状態を示す構成図で、火力発電所の非常用発電機運転後、且つ、直流モータ全台停止時の状態を示している。図６に於いて、直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎ全て停止したことで、整流器５の出力のうち直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎに相当する電流をバッテリ9の充電に使用することが可能となる。
【００２９】
制御ユニット１０は、直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎ全て停止したことに対応して、充電用ＤＣチョッパ７の通流率αを制御して、充電用ＤＣチョッパ７のバッテリ９側の電圧即ち出力電圧を、バッテリ９の発生電圧に対して直流モータ１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎの負荷電流に相当する充電電流がバッテリ９に流れるに必要な値だけ高くするように制御する。
【００３０】
最終的に、バッテリ９への充電が完了してバッテリ９への充電電流が「０」になれば、制御装置１０は、放電コンタクタ８を「切」から「入」として後、充電用ＤＣチョッパ７を停止させる。その後、商用電源１が復旧してから、非常用電源受電ブレーカ４は「切」とされ、非常用発電機３は停止し、商用電源受電ブレーカ２が「入」とされることにより通常運転時である図２の状態へ戻る。
【００３１】
従来の直流電源装置では直流モータ電流、制御電源負荷電流及びバッテリ充電電流の合計に見合う容量が上位側電源に必要であったが、この発明の実施の形態１による直流電源装置によれば、上位電源側に要求する電源容量は直流モータ電流と制御電源負荷電流の合計までを考慮すればよい。又、充電電流の制御機能を有しない現行の直流電源装置に対して、充電用ＤＣチョッパ７、放電用コンタクタ８及び制御ユニット１０を追加することで、この発明の実施の形態１による直流電源装置と同等の機能を有する直流電源装置を得ることが可能である。
【００３２】
実施の形態２．
前述の実施の形態1では、直流電源装置が給電を受けている上位電源の仕様を考慮する
ことなくバッテリへの充電電流を制御することにより、直流電源装置の上位電源側に要求する電源容量の低減を図るようにしたが、実施の形態２による直流電源装置では、複数存在する上位電源の接続状況とその制限容量を制御ユニットに予め記憶させることで、直流電源装置が給電を受けている上位電源の仕様に応じたバッテリへの充電電流の制御を可能とするようにしたものである。
【００３３】
図７は、この発明の実施の形態２による直流電源装置のシステム構成を示す構成図で、火力発電所に適用した場合を示している。図７に於いて、１５−1、１５−２、・・・、
１５−ｍ(ｍは1以上の整数)は、火力発電所内の他ユニットとの連絡電源を示し、商用電
源１、非常用発電機３と共に上位電源を構成する。１６−１、１６−２、・・・、１６−ｍ(ｍは1以上の整数)は、電源連絡ブレーカを示す。制御ユニット１０には、複数存在す
る上位電源の接続状況とその制限容量が予め記憶されている。商用電源受電ブレーカ２、非常用電源受電ブレーカ4、電源連絡ブレーカ１６−１、１６−２、・・・、１６−ｍの
入切状態は、信号線１７を介して制御ユニット１０へ入力される。監視システム１７は、制御ユニット１０の状態を監視するものである。尚、その他の構成は、実施の形態１による直流電源装置と同様である。
【００３４】
次に、実施の形態２によるこの発明の直流電源装置の動作について説明する。図８は、この発明の実施の形態２による直流電源装置の動作を説明するフローチャートである。図７及び図８に於いて、ステップＳ１−１では、信号線１８を介して電源連絡ブレーカ１６−１、１６−２、・・・、１６−ｍの入切状態が制御ユニット１０へ入力され、ステップＳ１−２に於いて制御ユニット１０に予め記憶されている情報を取り出し、ステップＳ１−３にて上位電源毎に直流電源装置に許容される受電容量を確認する。
【００３５】
次に、ステップＳ１−４に於いて制御ユニット１０に予め記憶されている整流器５の定格電圧、定格電流等の定格情報を取り出し、ステップＳ１−５にて整流器５の許容出力電流である整流器出力可能電流ＩＲを計算する。ステップＳ１−６では、制御ユニット１０に記憶されている直流モータ電流値ＩＭと火力発電所制御電源負荷電流ＩＬを取り出し、ステップＳ１−７に於いて、ステップＳ１−５にて計算した許容出力電流ＩＲと、直流モータ電流値ＩＭと、火力発電所制御電源負荷電流ＩＬとに基づいて、バッテリの充電電流許容値ＩＣＨＧを次式（１）により演算する。
ＩＣＧＨ＝ＩＲ−ＩＭ−ＩＬ  ・・・・・・・・・・・・・・・式（１）
【００３６】
次に、ステップＳ１−８に進み、バッテリの充電電流許容値ＩＣＨＧが「０」以上であるか否かを判定し、バッテリの充電電流許容値ＩＣＨＧが「０」以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１−９に進み、バッテリ９への充電電流が最大で充電電流許容値ＩＣＨＧとなるように、制御ユニット１０はＤＣチョッパ７の通流率αを制御してバッテリ発生電圧に対して充電用ＤＣチョッパ７の出力電圧を制御する。又、ステップＳ１−９に於いて、直流モータが停止した後はバッテリ９への充電電流を最大で［ＩＣＨＧ＋ＩＭ］となるように、制御ユニット１０は充電用ＤＣチョッパ７の通流率αを制御してバッテリ発生電圧に対してＤＣチョッパ７の出力電圧を制御する。
【００３７】
一方、ステップＳ１−８での判定の結果、充電電流許容値ＩＣＨＧが「０」未満（負値）であれば（ＮＯ）、ステップＳ１−１０に進み、上位側電源容量が不足しているので、制御ユニット１０から監視システム１７に対して負荷遮断の要求メッセージとしての信号を出力する。
【００３８】
以上述べたように、この発明の実施の形態２による直流電源装置は、制御ユニットに複数存在する上位電源の接続状況とその制限容量を予め記憶させることで、直流電源装置が給電を受けている上位電源の仕様に応じたバッテリへの充電電流の制御を可能とするものである。
【００３９】
以上述べたこの発明の実施の形態２による直流電源装置によれば、複数の上位電源があり、電源毎に直流電源装置の受電可能電力に差がある場合に於いても、バッテリの充電電流を制御することによって、直流電源装置が過剰に受電して上位電源系統に影響を与えることを防ぐことが可能となる。
【００４０】
実施の形態３．
直流電源装置には整流器５が含まれており、前述のこの発明の実施の形態２による直流電源装置の場合、直流電源装置への入力電流には高調波成分が含まれる。従って、直流電源装置の上位電源が商用電源と比較して低容量な非常用発電機であった場合、高調波成分による等価逆相成分が非常用発電機に影響を与える可能性がある。そこで、この発明の実施の形態３による直流電源装置は、上位電源に対する高調波成分による等価逆相成分の影響を低減するようにしたものである。
【００４１】
図９は、この発明の実施の形態３による直流電源装置のシステム構成を示す構成図で、火力発電所に適用した場合を示している。図９に於いて、１８、１９、及び２０−１、２０−２、・・・、２０−ｍ（ｍは1以上の整数）は、上位電源である商用電源１、非常用発電機3、火力発電所内の他ユニットとの連絡電源１５−1、１５−２、・・・、１５−ｍ(ｍは1以上の整数)に夫々設置された逆相分検出リレーであり、夫々の上位電源の逆相分を検出する。商用電源受電ブレーカ２、非常用電源受電ブレーカ4、逆相分検出リレー１９、２０、及び２１−１、２１−２、・・・、２１−ｍの動作即ち開閉状態は、信号線１８を介して制御ユニット１０へ入力される。監視システム１７は、制御ユニット１０の状態を監視するものである。尚、その他の構成は実施の形態２による直流電源装置と同様である。
【００４２】
次に、実施の形態３によるこの発明の直流電源装置の動作について説明する。図１０は、この発明の実施の形態３による直流電源装置の動作を説明するフローチャートである。図９及び図１０に於いて、ステップＳ２−1では、商用電源受電ブレーカ２、非常用電源受電ブレーカ4、電源連絡ブレーカ１６−１、１６−２、・・・、１６−ｍの開閉状態が信号線１８を介して制御ユニット１０へ入力される。次に、ステップＳ２−２に進み、制御ユニット１０に予め記憶されている上位電源毎の直流電源装置の許容受電容量を読み出し、ステップＳ２−３にて上位電源毎に直流電源装置に許容される受電容量を確認する。
【００４３】
次に、ステップＳ２−４では、制御ユニット１０に予め記憶されている整流器５の定格電圧、定格電流等の定格事項に関する情報を読み出し、ステップＳ２−５に於いて整流器５の許容出力電流である出力可能電流ＩＲを計算する。ステップＳ２−６では、制御ユニット１０に記憶されている直流モータ電流値ＩＭと火力発電所制御電源負荷電流ＩＬを取り出し、ステップＳ２−７に於いて、ステップＳ２−５にて計算した出力可能電流ＩＲと、直流モータ電流値ＩＭと、火力発電所制御電源負荷電流ＩＬとに基づいて、バッテリの充電電流許容値ＩＣＨＧを前述の式（１）により計算する。
【００４４】
次に、ステップＳ２−８に進み、バッテリの充電電流許容値ＩＣＨＧが「０」以上であるか否かを判定し、バッテリの充電電流許容値ＩＣＨＧが「０」以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２−９に進み、バッテリ９への充電電流が最大で充電電流許容値ＩＣＨＧとなるように、制御ユニット１０は充電用ＤＣチョッパ７の通流率αを制御してバッテリ発生電圧に対して充電用ＤＣチョッパ７の出力電圧を制御する。又、ステップＳ２−９に於いて、直流モータが停止した後はバッテリ９への充電電流を最大で［ＩＣＨＧ＋ＩＭ］となるように、制御ユニット１０は充電用ＤＣチョッパ７の通流率αを制御してバッテリ発生電圧に対して充電用ＤＣチョッパ７の出力電圧を制御する。
【００４５】
一方、ステップＳ２−８での判定の結果、充電電流許容値ＩＣＨＧが「０」未満（負値）であれば（ＮＯ）、ステップＳ２−１０に進み、上位側電源容量が不足しているので、制御ユニット１０は負荷遮断の要求メッセージとしての信号を監視システム１７に対して出力する。
【００４６】
前述のステップＳ２−９からステップＳ２−１１に進むと、充電電流許容値ＩＣＨＧでバッテリ９への充電を継続中に逆相検出リレー１９、２０、及び２１−１、２１−２、・・・、２１−ｍのうちの少なくとも一つが動作したか否かを判定し、その少なくとも一つが動作したと判定すれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２−１２に進みバッテリ9への充電電流を現状値から１０［％］低減させる。このステップＳ２−１２に於けるバッテリ9への充電電流を現状値から１０［％］低減させる動作は、具体的には制御ユニット１０が充電用ＤＣチョッパ７の通流率αを制御することにより行う。この充電電流を現状値から１０［％］低減させる動作により、上位電源に流入する高調波成分を低減させる。
【００４７】
尚、ステップＳ２−１１による判定の結果、逆相検出リレー１９、２０、及び２１−１、２１−２、・・・、２１−ｍの何れも動作していないと判定すれば（ＮＯ）、ステップＳ２−９へ戻り、以降、ステップＳ２０１１による判定がＹＥＳとなるまで繰り返す。
【００４８】
前述のステップＳ２−１２にてバッテリ9への充電電流を現状値から１０［％］低減さ
せた後、ステップＳ２−１３に進むと、バッテリの充電電流許容値ＩＣＨＧが「０」未満であれば（ＮＯ）、ステップＳ２−１１へ戻り、ステップＳ２−１１、Ｓ２―１２、Ｓ２―１３での動作を繰り返し、バッテリ9への充電電流を順次そのときの現在値から１０［％］低減させて上位電源に流入する高調波成分を低減し、逆相検出リレー１９、２０、及び２１−１、２１−２、・・・、２１−ｍの何れもが不動作になるまで、この動作を繰り返す。
【００４９】
ステップＳ２−１３での判定の結果、バッテリの充電電流許容値ＩＣＨＧが「０」以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２−１４へ進み、最終的に充電許容値ＩＣＨＧが「０」となった場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２−１４に進み、監視システム１７から上位側電源の逆相耐量が不足している旨のメッセージを出力させる。
【００５０】
この発明の実施の形態３による直流電源装置によれば、複数の上位電源があり、電源毎に逆相耐量に差がある場合に於いても、バッテリの充電電流を制御することによって、上位電源の逆相耐量に応じた直流電源装置の運用が可能となる。
【００５１】
実施の形態４．
前述の実施の形態1では、ＤＣチョッパ７に並列に放電用コンタクタ８を接続していた
が、この発明の実施の形態４による直流電源装置は、バッテリへの充電電流を制御することにより直流電源装置の上位側に要求する電源容量の低減を図るものに於いて、実施の形態１に於ける放電用コンタクタ８に代えて放電用チョッパ８１を設けるようにしたものである。
【００５２】
図１１は、この発明の実施の形態４による直流電源装置のシステム構成を示す構成図で、火力発電所に適用した場合を示している。図１１に於いて、放電電流制御手段としての放電用ＤＣチョッパ８１は、充電用ＤＣチョッパ７に並列接続されている。充電用DCチョッパ７は、実施の形態1と同じく、バッテリ9を充電するときに使用する。放電用ＤＣチョッパ８１は、バッテリ９から放電するときに使用する。充電用ＤＣチョッパ7と放電用ＤＣチョッパ8１は、共に制御ユニット１０により通流率αが制御される。尚、その他の構成は、前述の実施の形態１による直流電源装置と同様である。
【００５３】
このように実施の形態４によれば、バッテリ９への充電電流及び放電電流の双方向に対してＤＣチョッパを介在させるシステムとなる。その結果、直流負荷電圧に応じて電圧が決定される直流電源装置負荷母線６に対して、バッテリ９の端子電圧を任意に選定することが可能となり、直流電源装置負荷母線６の電圧と一致しないことで流用が不可能だった
バッテリを適用することが可能となる。
【００５４】
図１２は、この発明の実施の形態４による直流電源装置の動作状態を示す構成図で、火力発電所の商用電源停電時の動作状態を示す。即ち、火力発電所内の電源系統の事故に伴い、商用電源１が喪失した直後は図１２に示す状態となり、電源系統の事故に伴い商用電源受電ブレーカ２は「入」のままであるが、商用電源１は停電しており、整流器５も停止している。一方で、商用電源１の喪失に伴い、コンタクタ１２−１、１２−２、・・・、１２−ｎ(ｎは1以上の整数)が「入」状態となり、非常用途の直流モータ１３−１、１３
−２、・・・、１３−ｎ(ｎは1以上の整数)が起動している。又、火力発電所の制御を継
続するため、火力発電所制御電源負荷１４も継続して使用している。
【００５５】
このとき、直流モータ１３−1、１３−２、・・・、１３−ｎと火力発電所制御電源負
荷１４への電源供給は、放電用ＤＣチョッパ８１を介してバッテリ９が行っている。バッテリ９の端子電圧が直流モータ１３−1、１３−２、・・・、１３−ｎと火力発電所制御
電源負荷１４の定格電圧よりも高い場合には、放電用ＤＣチョッパ８１を降圧チョッパとして機能させる。逆に、バッテリ９の端子電圧が直流モータ１３−1、１３−２、・・・
、１３−ｎと火力発電所制御電源負荷１４の定格電圧よりも低い場合には放電用ＤＣチョッパ８を昇圧チョッパとして機能させる。
【００５６】
又、このとき、バッテリ９の充電電流を制御する充電用ＤＣチョッパ７は停止しているが、バッテリ９の端子電圧が直流モータ１３−1、１３−２、・・・、１３−ｎと火力発
電所制御電源負荷１４の定格電圧よりも高い場合には、充電用ＤＣチョッパ７を昇圧チョッパとして機能させる。逆に、バッテリ９の端子電圧が直流モータ１３−1、１３−２、・・・、１３−ｎと火力発電所制御電源負荷１４の定格電圧よりも低い場合には充電用ＤＣチョッパ７を降圧チョッパとして機能させる。
【００５７】
尚、この後、非常用発電機３が運転を開始するとバッテリ９への充電を開始し、直流モータ１３−1、１３−２、・・・、１３−ｎの運転状況に応じて充電用ＤＣチョッパ７がバッテリ９への充電電流を調整するが、充電期間中の動作は実施の形態1と同様である。
【００５８】
この発明の実施の形態４による直流電源装置によれば、直流負荷電圧に応じて電圧が決定される直流電源装置負荷母線６に対して、バッテリ９の端子電圧を任意に選定することが可能となり、直流電源装置負荷母線６の電圧と一致しないことで流用が不可能だったバッテリを適用することが可能となる。同時に実施の形態１と同じく、バッテリへの充電電流を制御することにより、直流電源装置の上位側に要求する電源容量の低減を図ることが可能となる。
【００５９】
実施の形態５．
実施の形態4では、バッテリ９への充電電流の流れる方向と、バッテリ９からの放電電
流の流れる方向の双方に対してＤＣチョッパを介在するシステムとし、直流負荷電圧に応じて電圧が決定される直流電源装置負荷母線６に対して、バッテリ９の端子電圧を任意に選定することを可能としたが、この発明の実施の形態５による直流電源装置では、放電用ＤＣチョッパ８１に過電流が導通した場合に、自動的に放電用ＤＣチョッパ８１及び充電用ＤＣチョッパ７を遮断する機能を付加したものである。
【００６０】
この実施の形態５による直流電源装置によれば、放電用ＤＣチョッパ８１をバッテリ９の近傍に設置することにより、ＤＣチョッパを介さない従来のバッテリ充電システムでは不可能であった、バッテリ充電回路用ケーブルでの過電流保護が可能となる。
【００６１】
図１３は、この発明の実施の形態５による直流電源装置のシステム構成を示す構成図で
、火力発電所に適用した場合を示している。図１３に於いて、充電用ＤＣチョッパ７は実施の形態１と同じく、バッテリ９を充電するときに使用される。放電用ＤＣチョッパ８１はバッテリ9から放電するときに使用され、これら２つのＤＣチョッパ７、８１は、バッ
テリ9の近傍に設置される。放電用ＤＣチョッパ８１は、過電流発生時にオフとなる自動
ゲートオフ機能が設けられている。
【００６２】
直流電源装置が、整流器５とバッテリ９とを分割して設置する場合、整流器５と充電用ＤＣチョッパ７及び放電用ＤＣチョッパ８１との間に接続ケーブル１５が配置されるように構成する。
【００６３】
ここでバッテリ９を充電中に接続ケーブル１５で短絡が発生し、過電流が生じたとする。バッテリ９は充電中のため、放電用ＤＣチョッパ８１は作動しておらず、事故点への電流供給は発生しない。整流器５から事故点への電流供給は生じるが、整流器５には従来からヒューズ等の保護装置が設置されているため、保護動作は可能である。
【００６４】
逆にバッテリ９から放電中に接続ケーブル１５で短絡が発生し、過電流が生じたとする。バッテリ９は放電中のため放電用ＤＣチョッパ８１が作動しているが、過電流検知による自動ゲートオフによりバッテリ９からの電流供給は絶たれる。バッテリ９への充電電流と同じく、整流器５から事故点への電流供給が生じるが、整流器５内の保護装置により保護動作は可能である。
【００６５】
この発明の実施の形態５による直流電源装置によれば、直流電源装置とバッテリ間の接続ケーブルで発生した短絡による過電流に対して、バッテリ側から供給される電流を放電用ＤＣチョッパ８１の過電流保護機能、つまりゲートオフによって遮断することができ、直流電源装置とバッテリを分離設置する場合でも機器間接続の安全性を高めることが可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
１    商用電源
２    商用電源受電ブレーカ
３    非常用発電機
４    非常用電源受電ブレーカ
５    整流器
６    直流電源装置負荷母線
７    充電用ＤＣチョッパ
８    放電用コンタクタ
８１    放電用ＤＣチョッパ
９    バッテリ
１０    制御ユニット
１１    配電盤
１２−１、１２−２、・・・１２−ｎ    コンタクタ
１３−１、１３０２、・・・１３−ｎ    直流モータ
１４    火力発電所制御電源負荷
１５    接続ケーブル
１５−１、１５−２、・・・１５−ｍ    連絡電源
１６−１、１６−２、・・・１６ｍ    電源連絡ブレーカ
１７    監視システム
１８    信号線
１９、２０、２１−１、２１２、・・・２１ｍ    逆相分検出リレー
【図１】
2011130633.tif 000003
【図２】
2011130633.tif 000004
【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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【図１３】
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