(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電部と、前記発電部の出力電圧を昇圧する昇圧回路部と、制御部とを備えた２系統の電源ユニットの出力段を直列に接続し、直列接続された前記出力段の総合電圧を総合出力段に設けられたコンデンサを介して負荷に供給する電源システムを構成する前記電源ユニットであって、
前記総合出力段には、前記２系統の電源ユニットそれぞれに対して、前記出力段からの入力を短絡可能な当該出力段と並列に設けられた短絡スイッチと、当該電源ユニットを前記総合出力段に接続する接続スイッチと、を有するスイッチ部が備えられており、
前記制御部は、
自系の前記出力段の出力電圧と、前記総合電圧との差を用いて、他系を切り離す切り離し条件を満たすかを判定することと、
前記切り離し条件を満たした場合に、他系に係る前記接続スイッチを開放させる信号と、他系に係る前記短絡スイッチを短絡させる信号とを前記スイッチ部に出力することと、
を実行する、
電源ユニット。
【請求項２】
前記制御部は、
所与の目標電圧に基づいて前記昇圧回路部の昇圧動作を制御することと、
前記切り離し条件を満たした場合に、前記目標電圧を上昇させることと、
を実行する、
請求項１に記載の電源ユニット。
【請求項３】
前記制御部は、
前記切り離し条件を満たした後、他系から復帰信号を入力した場合に、他系に係る前記短絡スイッチを開放させる信号と、他系に係る前記接続スイッチを投入させる信号とを前記スイッチ部に出力すること、
を実行する、
請求項１又は２に記載の電源ユニット。
【請求項４】
前記制御部は、
自系の前記出力段の出力電圧を用いて、自系が切り離されたことを検出することと、
前記検出の後、自系の前記出力段の出力電圧に基づく所定の復帰条件を満たした場合に、前記復帰信号を他系に出力することと、
前記検出と前記復帰信号の出力とを所定回数繰り返した場合に、自系の動作を停止させることと、
を実行する、
請求項３に記載の電源ユニット。
【請求項５】
発電部と、前記発電部の出力電圧を昇圧する昇圧回路部と、制御部とを備えた２系統の電源ユニットの出力段を直列に接続し、直列接続された前記出力段の総合電圧を総合出力段に設けられたコンデンサを介して負荷に供給する電源システムであって、
前記総合出力段に、前記２系統の電源ユニットそれぞれに対して、前記出力段からの入力を短絡可能な当該出力段と並列に設けられた短絡スイッチと、当該電源ユニットを前記総合出力段に接続する接続スイッチと、を有するスイッチ部を備え、
前記電源ユニットそれぞれの前記制御部は、
自系の前記出力段の出力電圧と、前記総合電圧との差を用いて、他系を切り離す切り離し条件を満たすかを判定することと、
前記切り離し条件を満たした場合に、他系に係る前記接続スイッチを開放させる信号と、他系に係る前記短絡スイッチを短絡させる信号とを前記スイッチ部に出力することと、
を実行する、
電源システム。
【請求項６】
発電部と、前記発電部の出力電圧を昇圧する昇圧回路部と、制御部とを備えたＮ系統（Ｎ≧３）の電源ユニットの出力段を直列に接続し、直列接続された前記出力段の総合電圧を総合出力段に設けられたコンデンサを介して負荷に供給する電源システムであって、
前記総合出力段に、前記Ｎ系統の電源ユニットそれぞれに対して、前記出力段からの入力を短絡可能な当該出力段と並列に設けられた短絡スイッチと、当該電源ユニットを前記総合出力段に接続する接続スイッチと、を有するスイッチ部を備え、
前記電源ユニットそれぞれの前記制御部は、
前記Ｎ系統それぞれの前記出力段の出力電圧と、前記総合電圧とから、切り離し条件を満たす他系が存在するかを判定することと、
前記切り離し条件を満たす他系が存在した場合に、当該他系に係る前記接続スイッチを開放させる信号と、当該他系に係る前記短絡スイッチを短絡させる信号とを前記スイッチ部に出力することと、
を実行する、
電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電部と、発電部の出力電圧を昇圧する昇圧回路部と、制御部とを備えた電源ユニット等に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば発電機や燃料電池等の発電装置を電源として使用し、その電源の出力電圧を超える電圧を得ようとする場合に、昇圧回路を用いる方法が一般的に知られている。例えば、特許文献１に開示された電力変換装置がその一例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１０３７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
昇圧回路を用いる方法には次のような課題がある。すなわち、一般産業用として広く使われている発電機や燃料電池等の発電装置の耐圧設計は６００Ｖ程度である。そのため、例えば、鉄道駆動用電源として一般的な１５００Ｖ程度で使用するためには、発電装置を高耐圧化する改良や、昇圧比の高い昇圧回路（電力変換回路とも言える）の利用が不可欠である。
【０００５】
そこで、昇圧回路を使用しない方法、或いは、昇圧回路の昇圧比を低く抑える方法として、複数の発電装置を直列に接続した電源システムを構成して、出力電圧を高める方法が考えられる。
【０００６】
しかしながら、単純に複数の発電装置を直列に接続して電源システムを構成した場合、構成する機器の数が増えることから、実運用前の試験項目や点検項目が増加し、実運用までに多くの時間とコストが必要になる課題が考えられる。
【０００７】
以上の各課題は、鉄道駆動用電源の他、例えば電動機で駆動する自動車用電源等に発動装置を利用する場合も同様である。
本発明は、上述した課題に鑑みて考案されたものであり、その目的とするところは、複数の発電装置を用いた新たな電源システムの技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するための第１の発明は、
発電部（例えば、図１の発電部１４）と、前記発電部の出力電圧を昇圧する昇圧回路部（例えば、図１の昇圧回路部１５）と、制御部（例えば、図１の制御部１２）とを備えた２系統の電源ユニット（例えば、図１の電源ユニット１０）の出力段（例えば、図１の出力段１６）を直列に接続し、直列接続された前記出力段の総合電圧を総合出力段（例えば、図１の総合出力段６０）に設けられたコンデンサ（例えば、図１のコンデンサ８１）を介して負荷に供給する電源システム（例えば、図１の電源システム１）を構成する前記電源ユニットであって、
前記総合出力段には、前記２系統の電源ユニットそれぞれに対して、前記出力段からの入力を短絡可能な当該出力段と並列に設けられた短絡スイッチ（例えば、図１の短絡スイッチ７５，７６）と、当該電源ユニットを前記総合出力段に接続する接続スイッチ（例えば、図１の接続スイッチ７２，７３）と、を有するスイッチ部（例えば、図１のスイッチ部７０）が備えられており、
前記制御部は、
自系の前記出力段の出力電圧と、前記総合電圧との差を用いて、他系を切り離す切り離し条件を満たすかを判定することと（例えば、図５のステップＳ１０〜Ｓ１２）、
前記切り離し条件を満たした場合に、他系に係る前記接続スイッチを開放させる信号と、他系に係る前記短絡スイッチを短絡させる信号とを前記スイッチ部に出力することと（例えば、図５のステップＳ２０、図６のステップＳ２３〜Ｓ２４）、
を実行する、
電源ユニットである。
【０００９】
第１の発明によれば、２系統の電源ユニットの出力段を直列に接続した総合出力段の総合電圧を負荷に供給する電源システムが構成される。総合出力段には、２系統の電源ユニットそれぞれの出力段と並列な短絡スイッチと、当該電源ユニットを総合出力段に接続する接続スイッチとが設けられている。そして、各電源ユニットは、自系（自系統）の出力段の出力電圧と、総合電圧との差を用いて、他系（他系統）を切り離すか否か、換言すると他系に支障が生じているか否かを監視する。他系に支障が生じていると判定して他系を切り離す場合には、他系に係る接続スイッチを開放させるとともに、他系に係る短絡スイッチを短絡させる。
【００１０】
すなわち、健全側である自系の電源ユニットが、他系の電源ユニットで支障が生じたことを判断して、他系を切り離す制御を実行することになる。他系での支障発生の判断においては、他系の出力電圧を入力する必要はない。自系の出力電圧と、総合電圧とから、他系での支障発生を判断する。従って、電源ユニット単体で多くの試験項目を実施することができ、電源システムを組み立てた後に実施する試験項目を大幅に減らすことができる。具体的には、例えば、電源ユニット単体での動作試験中に、外部から総合電圧のテスト信号を入力し、スイッチ部の切り替え制御信号を正しく外部出力できるかどうかを試験することができる。この試験に合格した電源ユニットのみを電源システムに組み込むことで、電源システム全体の試験項目を大幅に減少させることができる。
【００１１】
また、各電源ユニットは、入力される総合電圧を適切に絶縁することで、発電部を無接地（いわゆるフローティング）として電源システムに組み込み可能である。このため、発電部の絶縁耐圧を向上させることなく、出力側の高電圧化を図ることが可能となる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、
前記制御部が、
所与の目標電圧に基づいて前記昇圧回路部の昇圧動作を制御することと、
前記切り離し条件を満たした場合に、前記目標電圧を上昇させることと（例えば、図６のステップＳ２５）、
を実行する、
電源ユニットである。
【００１３】
第２の発明によれば、他系を切り離した場合に、自系の出力電圧を昇圧させることが可能となる。他系を切り離すと、自系の単独運用となるため、切り離し前に比べて総合電圧が低下し得る。そこで、自系の出力電圧を昇圧させることで総合電圧の低下分の全て又は一部を補うことが可能となる。
【００１４】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記制御部が、
前記切り離し条件を満たした後、他系から復帰信号を入力した場合に、他系に係る前記短絡スイッチを開放させる信号と、他系に係る前記接続スイッチを投入させる信号とを前記スイッチ部に出力すること（例えば、図５のステップＳ２８〜Ｓ３０、図７のステップＳ３３〜Ｓ３４）、
を実行する、
電源ユニットである。
【００１５】
第３の発明によれば、切り離した他系から復帰信号を入力した場合に、健全側の系統である自系によって、他系を総合出力段に再投入（再接続）することが可能となる。
【００１６】
第４の発明は、第３の発明において、
前記制御部が、
自系の前記出力段の出力電圧を用いて、自系が切り離されたことを検出することと（例えば、図５のステップＳ４２〜Ｓ４４）、
前記検出の後、自系の前記出力段の出力電圧に基づく所定の復帰条件を満たした場合に、前記復帰信号を他系に出力することと（例えば、図５のステップＳ５２〜Ｓ５４）、
前記検出と前記復帰信号の出力とを所定回数繰り返した場合に、自系の動作を停止させることと（例えば、図５のステップＳ４６〜Ｓ４８、Ｓ６０）、
を実行する、
電源ユニットである。
【００１７】
第４の発明によれば、自系が他系によって切り離された後に、復帰条件を満たした場合に、復帰信号を他系に出力することが可能となる。但し、切り離されることと、復帰信号を出力することとを繰り返す場合には、自系が故障している可能性が高いことから、自系の動作を停止させる。
【００１８】
第５の発明は、
発電部と、前記発電部の出力電圧を昇圧する昇圧回路部と、制御部とを備えた２系統の電源ユニットの出力段を直列に接続し、直列接続された前記出力段の総合電圧を総合出力段に設けられたコンデンサを介して負荷に供給する電源システムであって、
前記総合出力段に、前記２系統の電源ユニットそれぞれに対して、前記出力段からの入力を短絡可能な当該出力段と並列に設けられた短絡スイッチと、当該電源ユニットを前記総合出力段に接続する接続スイッチと、を有するスイッチ部を備え、
前記電源ユニットそれぞれの前記制御部は、
自系の前記出力段の出力電圧と、前記総合電圧との差を用いて、他系を切り離す切り離し条件を満たすかを判定することと、
前記切り離し条件を満たした場合に、他系に係る前記接続スイッチを開放させる信号と、他系に係る前記短絡スイッチを短絡させる信号とを前記スイッチ部に出力することと、
を実行する、
電源システムである。
【００１９】
第５の発明によれば、第１の発明と同様の作用効果を奏する電源システムを構成することができる。
【００２０】
第６の発明は、
発電部と、前記発電部の出力電圧を昇圧する昇圧回路部と、制御部とを備えたＮ系統（Ｎ≧３）の電源ユニットの出力段を直列に接続し、直列接続された前記出力段の総合電圧を総合出力段に設けられたコンデンサを介して負荷に供給する電源システム（例えば、図１０の電源システム２）であって、
前記総合出力段に、前記Ｎ系統の電源ユニットそれぞれに対して、前記出力段からの入力を短絡可能な当該出力段と並列に設けられた短絡スイッチと、当該電源ユニットを前記総合出力段に接続する接続スイッチと、を有するスイッチ部（例えば、図１０のスイッチ部７００）を備え、
前記電源ユニットそれぞれの前記制御部は、
前記Ｎ系統それぞれの前記出力段の出力電圧と、前記総合電圧とから、切り離し条件を満たす他系が存在するかを判定することと、
前記切り離し条件を満たす他系が存在した場合に、当該他系に係る前記接続スイッチを開放させる信号と、当該他系に係る前記短絡スイッチを短絡させる信号とを前記スイッチ部に出力することと、
を実行する、
電源システムである。
【００２１】
第６の発明によれば、Ｎ系統の電源ユニットの出力段を直列に接続した場合の電源システムとして、第１の発明と同様の作用効果を奏する電源システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】電源システムの回路構成を示す図。
【図２】電源システムの正常動作中の動作を説明するための図。
【図３】Ｂ系の切り離し動作を説明するための図。
【図４】Ｂ系の切り離し動作を説明するための図。
【図５】電源ユニットの動作の流れを説明するためのフローチャート。
【図６】他系の切り離し処理の流れを説明するためのフローチャート。
【図７】他系の投入処理の流れを説明するためのフローチャート。
【図８】他系切り離し／投入テスト処理の流れを説明するためのフローチャート。
【図９】自系復帰テスト処理の流れを説明するためのフローチャート。
【図１０】電源システムの変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明を適用した実施形態の一例を説明する。
まず、本実施形態の電源システム１の構成について説明する。図１は、本実施形態の電源システム１の回路構成を示す図である。電源システム１は、直流電力を負荷９０に供給する電源として機能する。構成の概略を説明すると、２系統の直流の電源ユニット１０（１０Ａ，１０Ｂ）の出力段１６を総合出力段６０で直列に接続し、総合出力段６０に設けられたコンデンサ８１を介して負荷９０に電力を供給する構成を有している。電源システム１を鉄道駆動用電源として用いるならば、負荷９０は、例えば、電気車の主電動機に電力を供給して主電動機を駆動させる電気機器（例えばインバータ装置）とすることができる。勿論、電動機駆動の自動車用電源等、その他の直流電源として電源システム１を用いることができる。
【００２４】
電源システム１は、電源ユニット１０として、Ａ系の電源ユニット１０ＡとＢ系の電源ユニット１０Ｂとを備え、どちらの電源ユニット１０も内部構成は同じである。そのため、以下「電源ユニット１０」として説明する。
【００２５】
電源ユニット１０は、直流電力を発生・出力する発電部１４と、発電部１４の出力電圧を昇圧する昇圧回路部１５と、出力段１６と、制御部１２とを備えて構成される。
発電部１４は、例えば、ディーゼル発電機やガス発電機等の発電機、燃料電池等を用いて実現される。昇圧回路部１５は、直流電力を直流電力に変換する電力変換装置であり、制御部１２から入力される制御信号に従った昇圧動作を行うことで昇圧比を変更可能に構成されている。
【００２６】
２系統の電源ユニット１０が直列接続されるが、各電源ユニット１０は、総合電圧検出器８２から入力される総合電圧を適切に絶縁することで、発電部１４が無接地（いわゆるフローティング）として電源システム１に組み込まれる。このため、発電部１４の絶縁耐圧を向上させることなく、出力側の高電圧化を図ることが可能となる。
【００２７】
出力段１６には、発電部１４が発電し、昇圧回路部１５が昇圧した電圧を安定化させて出力させるためのコンデンサ１７と、電源ユニット１０の出力電圧、すなわち自系（自系統）の出力電圧を検出する電圧検出器１８とが設けられている。
【００２８】
制御部１２は、演算制御を行う電子回路を備えて構成された一種のコンピュータであり、演算制御の一部または全てをプログラムによる演算処理によってソフトウェア的に実現することとしてもよいし、その一部または全てをＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路で実現することとしてもよい。本実施形態で行う主な演算処理は、他系の切り離し処理（図６参照）および他系の投入処理（図７参照）を含む図５に示す処理である。
【００２９】
概略的に説明すると、制御部１２は、電圧検出器１８から入力される自系の出力電圧と、総合出力段６０の総合電圧検出器８２から入力される総合電圧との差を用いて、他系を切り離す切り離し条件を満たすかを判定し、満たす場合に、他系に係る接続スイッチを開放させる信号（切替制御信号）と、他系に係る短絡スイッチを短絡させる信号（切替制御信号）とをスイッチ部７０に出力する。この結果、電源システム１から、切り離し条件を満たした他系の電源ユニット１０を切り離すことが可能となる。
【００３０】
電圧検出器１８から入力される自系の出力電圧と、総合出力段６０の総合電圧検出器８２から入力される総合電圧との差は、コンデンサ８１の影響を無視して単純化すると、他系の出力電圧ということができる。他系の出力電圧が、予め定められた許容電圧範囲を超えた場合には、切り離し条件を満たす、すなわち他系に何らかの支障が生じたと判断して、健全側である自系側が、他系を切り離す制御を実行するのである。他系での支障発生の判断においては、他系の出力電圧を入力する必要がない。
【００３１】
また、制御部１２は、昇圧回路部１５の昇圧動作を制御して、昇圧比を可変に制御する。例えば、正常動作時の電源システム１の総合電圧を１５００Ｖとすると、電源ユニット１０単体の出力目標電圧は７５０Ｖとなる。また、発電部１４単体の定常出力電圧を６００Ｖとすると、昇圧比は１．２５（＝７５０／６００）となる。
【００３２】
切り離し条件を満たして他系を切り離した場合には、自系の単独運用となるため、出力目標電圧を上昇させる。具体的には、７５０Ｖ〜１５００Ｖの範囲で出力目標電圧を設定する。例えば、単独運用時にも、電源システム１の総合電圧を１５００Ｖに維持したい場合には、出力目標電圧を１５００Ｖとし、昇圧比を２．５（＝１５００／６００）として、昇圧回路部１５の昇圧動作を制御すればよい。負荷９０が、入力電圧に応じて自動的に動作モードを切替制御可能な機器であるならば、負荷９０が許容する入力電圧の範囲内に、単独運用時の出力目標電圧を設定することとすればよい。なお、自系の単独運用となった場合も、出力目標電圧を変化させないこととしてもよい。
【００３３】
また、制御部１２は、他系を切り離して単独運用に切り替えた後、他系から復帰信号を入力した場合には、他系の出力段１６を総合出力段６０に接続して他系を再投入する。具体的には、他系に係る短絡スイッチを開放させる信号（切替制御信号）と、他系に係る接続スイッチを投入させる信号（切替制御信号）とをスイッチ部７０に出力する。
【００３４】
他系の切り離し／再投入の説明をしたが、自系に支障が発生して、他系によって切り離される場合もある。制御部１２は、電圧検出器１８から入力される自系の出力電圧に基づいて、自系が切り離されたことを検出することができる。例えば、自系の出力電圧が切り離し条件を満たした場合や、切り離しに伴う自系の出力電圧の急上昇を検出した場合に、自系が切り離されたと検出する。
【００３５】
自系が切り離されたことを検出した場合には、制御部１２は、自系の再起動等を行う。このとき、自系の発電部１４および昇圧回路部１５の動作状況を確認してもよい。そして、自系の出力電圧に基づく所定の復帰条件が満たされた場合に、復帰信号を他系に出力する。
【００３６】
自系が切り離されたことの検出と、復帰信号の出力とを所定回数繰り返した場合には、自系が故障していると判断して、制御部１２は、発電部１４および昇圧回路部１５に動作停止信号を出力して自系の動作を停止させる。
【００３７】
次に、総合出力段６０の回路構成について説明する。総合出力段６０は、２系統の電源ユニット１０の直列接続および単独接続（単独運用時の接続）を切り替え可能なスイッチ部７０と、スイッチ部７０の後段に設けられた総合電圧を安定化させるためのコンデンサ８１と、総合電圧を検出する総合電圧検出器８２とを備えて構成される。
【００３８】
スイッチ部７０は、接続スイッチ７２，７３と、短絡スイッチ７５，７６と、連係スイッチ７８と、保護スイッチ７１とを有し、電源ユニット１０から入力される切替制御信号に従って各スイッチの投入（接続）／開放が切り替えられる。なお、電源ユニット１０の切り離し動作や復帰動作の際に発生し得る、出力段１６に設けられたコンデンサ１７への突入電流を制限するための突入電流制限回路を、スイッチ部７０（或いは電源ユニット１０の出力段１６）に設けることとしてもよい。
【００３９】
接続スイッチ７２は、Ａ系の電源ユニット１０Ａを総合出力段６０に接続するためのスイッチであり、接続スイッチ７３は、Ｂ系の電源ユニット１０Ｂを総合出力段６０に接続するためのスイッチである。
【００４０】
短絡スイッチ７５、連係スイッチ７８および短絡スイッチ７６は、プラス側の電源出力ラインとマイナス側の電源出力ラインとの間に直列に接続されており、短絡スイッチ７５はＡ系の電源ユニット１０Ａの出力段１６と並列に設けられ、Ａ系の電源ユニット１０Ａの総合出力段６０への接続を短絡するスイッチとして働く。短絡スイッチ７６はＢ系の電源ユニット１０Ｂの出力段１６と並列に設けられ、Ｂ系の電源ユニット１０Ｂの総合出力段６０への接続を短絡するスイッチとして働く。
【００４１】
保護スイッチ７１は、スイッチ部７０の最終段においてプラス側の電源出力ラインに挿入されており、電源ユニット１０側を負荷９０から切り離す一種の遮断器として機能する。
【００４２】
次に、電源システム１の動作について説明する。
図２〜４は、電源システム１の電源供給およびスイッチ動作を説明するための図であり、図２が正常動作中の動作を、図３〜４がＢ系の切り離し動作を説明するための図である。
【００４３】
図２に示す通り、正常動作中においては、Ａ系およびＢ系の電源ユニット１０が直列に接続される。すなわち、保護スイッチ７１、接続スイッチ７２，７３および連係スイッチ７８が投入（接続）され、短絡スイッチ７５，７６が開放された状態にある。
【００４４】
ここで、Ｂ系に何らかの支障が発生し、Ｂ系の切り離し条件が満たされたとして、健全側のＡ系がＢ系を切り離すとする。先ず、図３に示すように、Ａ系の電源ユニット１０Ａの制御部１２が、保護スイッチ７１を開放させる。保護スイッチ７１の開放によって、電源ユニット１０側からの電源供給が断たれるが、総合出力段６０のコンデンサ８１に蓄積された電力によって負荷９０への電力供給は継続される。
【００４５】
保護スイッチ７１を開放している間に、制御部１２は、発電部１４の保護のために発電部１４の発動動作を一時停止させるとともに、Ｂ系に係る接続スイッチ７３を開放させ、Ｂ系に係る短絡スイッチ７６を短絡（投入）させる。これにて、Ｂ系の切り離しが完了となる。
【００４６】
次いで、図４に移行し、制御部１２は、発電部１４の発動動作を再開させるとともに、昇圧回路部１５に、単独運用時の目標電圧（或いは昇圧比）に従った昇圧動作を行わせる制御を開始する。そして、保護スイッチ７１を再投入することで、単独運用を開始する。
【００４７】
切り離し動作について説明したが、電源システム１の動作としては、切り離された電源ユニット１０を再投入する動作や、切り離された側の電源ユニット１０の復帰動作等もある。また、動作の主体は電源ユニット１０の制御部１２であり、何れの系統の電源ユニット１０も同一構成である。そこで、１台の電源ユニット１０の制御部１２を主体とした処理の流れを、図５〜７のフローチャートを参照して説明する。
【００４８】
まず、制御部１２は、総合電圧検出器８２から入力される総合電圧と、電圧検出器１８から入力される自系の出力電圧との差から、他系の出力電圧を算出し（ステップＳ１０）、他系を切り離す切り離し条件を満たすかを判定する（ステップＳ１２）。例えば、正常動作時の電源ユニット１０単体の出力目標電圧の０．５〜０．９倍程度の電圧を下限値とし、他系の出力電圧がこれを下回る場合に切り離し条件を満たすと判定する。また、出力目標電圧の１．１〜１．５倍程度の上限値を設けて、これを上回る場合にも切り離し条件を満たすとしてもよい。いわば、他系の健全性を自系が判定する処理である。
【００４９】
切り離し条件を満たす場合には（ステップＳ１２のＹＥＳ）、制御部１２は、図６に示す他系の切り離し処理を実行する（ステップＳ２０）。
【００５０】
すなわち、自系の発電部１４および昇圧回路部１５の動作を停止させることで自系の動作を一時停止する（ステップＳ２１）。そして、スイッチ部７０に切替制御信号を出力して、保護スイッチ７１の開放制御（ステップＳ２２）、他系の接続スイッチの開放制御（ステップＳ２３）、他系の短絡スイッチの短絡（接続）制御（ステップＳ２４）を行う。次いで、自系の発電部１４および昇圧回路部１５の動作を再開させることで自系の動作を再開する（ステップＳ２５）。このとき、制御部１２は、単独運用時の目標電圧に切り替えることで、昇圧回路部１５の昇圧比を上昇させて昇圧動作させることとしてもよい。
最後に、制御部１２は、保護スイッチ７１を再投入して（ステップＳ２６）、他系の切り離し処理を完了し、単独運用に移行する。
【００５１】
図５に戻り、単独運用中に他系から復帰信号を入力した場合には（ステップＳ２８）、他系を再投入させるべく図７に示す他系の投入処理を実行する（ステップＳ３０）。
【００５２】
すなわち、自系の発電部１４および昇圧回路部１５の動作を停止させることで自系の動作を一時停止する（ステップＳ３１）。そして、スイッチ部７０に切替制御信号を出力して、保護スイッチ７１の開放制御（ステップＳ３２）、他系の短絡スイッチの開放制御（ステップＳ３３）、他系の接続スイッチの投入（接続）制御（ステップＳ３４）を行う。次いで、自系の発電部１４および昇圧回路部１５の動作を再開させることで自系の動作を再開する（ステップＳ３５）。このとき、制御部１２は、単独運用時の目標電圧から正常運用（直列接続運用）時の目標電圧に切り替えることで、昇圧回路部１５を元の昇圧比で昇圧動作させる。
最後に、制御部１２は、保護スイッチ７１を再投入して（ステップＳ３６）、他系の投入処理を完了し、正常運用（直列接続運用）に移行する。
【００５３】
図５に戻り、正常運用（直列接続運用）に移行した後は、ステップＳ１０に処理を移行する。
【００５４】
また、ステップＳ１２において、他系の切り離し条件を満たさないと判定した場合には（ステップＳ１２のＮＯ）、制御部１２は、自系の出力電圧に基づいて、自系が切り離されたかを判定する（ステップＳ４２）。例えば、自系の出力電圧が切り離し条件を満たしたか、切り離し時に生じる出力電圧の急上昇が発生したか、等に基づいて自系が切り離されたかを判定することができる。
自系が切り離されていない場合には（ステップＳ４４のＮＯ）、ステップＳ１０に処理を移行してステップＳ１０〜Ｓ４４を繰り返す。
【００５５】
自系が切り離されたと判定された場合には（ステップＳ４４のＹＥＳ）、制御部１２は、切り離された頻度に基づいて自系に故障が発生したか否かを判定する（ステップＳ４６）。すなわち、切り離されたことと、復帰条件を満たしたことによる復帰信号を他系へ出力することとの繰り返し回数が所定回数に達した場合には、自系に何らかの故障が発生していると判定する。
【００５６】
故障が発生したと判定された場合には（ステップＳ４８のＹＥＳ）、制御部１２は、発電部１４および昇圧回路部１５の動作を停止させて自系の動作を停止し（ステップＳ６０）、処理を終了する。
【００５７】
故障が発生していないと判定された場合には（ステップＳ４８のＮＯ）、発電部１４の再起動を含む自系の再起動を行う（ステップＳ５０）。その後、電圧検出器１８から入力される自系の出力電圧が、自系を復帰させることが可能な電圧に達したならば、復帰条件を満たしたと判定して（ステップＳ５２）、復帰信号を他系に出力する（ステップＳ５４）。復帰信号を他系に出力することによって、他系の制御部１２がステップＳ３０（図７）の処理を実行し、自系が再投入されることとなる。他系によって自系が再投入される場合の他系が実行するステップＳ３０および図７の処理においては、“自系”と“他系”との主語が逆となる。
再投入によって電源システム１が正常動作に移行するため（図２参照）、制御部１２は、処理をステップＳ１０へ移行する。
【００５８】
また、自系の再起動を行ったものの（ステップＳ５０）、所定時間が経過しても復帰条件を満たさない場合には（ステップＳ５２のＮＯ）、自系が故障していると判定して（ステップＳ５６のＹＥＳ）、制御部１２は、発電部１４および昇圧回路部１５の動作を停止させて自系の動作を停止し（ステップＳ６０）、処理を終了する。
【００５９】
以上、電源ユニット１０の構成および動作について説明したが、本実施形態の電源ユニット１０には次の特徴的な作用効果がある。すなわち、２系統の電源ユニット１０を組み込んで電源システム１を組み立てた後、電源システム１の実運用前に、電源システム１の動作試験を行う必要があるが、本実施形態の電源ユニット１０によれば、その動作試験項目を大幅に減少させることができる。
【００６０】
本実施形態によれば、健全側である自系の電源ユニット１０が、支障が生じた側である他系の電源ユニット１０の支障発生を判断して、他系を切り離す制御を実行する。他系での支障発生の判断においては、他系の出力電圧を入力する必要はなく、自系の出力電圧と、総合電圧とから、他系での支障発生を判断することができる。また、他系の切り離しは、スイッチ部７０への切替制御信号の出力で行う。
【００６１】
従って、電源ユニット１０単体での動作試験中に、外部から総合電圧のテスト信号を入力し、スイッチ部７０への切替制御信号を正しく外部出力できるかどうかを試験することで、他系を切り離す試験を実施できる。この試験に合格した電源ユニット１０のみを電源システム１に組み込むこととすれば、電源システム１全体の試験項目を大幅に減らすことができる。
【００６２】
電源ユニット１０単体での動作試験の流れを図８，９のフローチャートを参照して簡単に説明する。図８は、他系の切り離しおよび投入の試験の流れを示すフローチャートである。総合電圧を示すテスト信号の入力を開始し（ステップＴ２）、テスト信号を変化させることで、図５のステップＳ１０〜Ｓ３０に示した処理通りの動作が行われるかを、外部出力される切替制御信号等に基づいて確認することで、他系の切り離しおよび投入の試験が実現される。なお、他系は存在しないため、ステップＳ２８においては、他系の復帰信号を模擬した信号を入力する（ステップＴ２８）。
【００６３】
図９は、自系の復帰試験の流れを示すフローチャートである。自系の出力電圧を示すテスト信号の入力を開始し（ステップＴ４１）、テスト信号を変化させることで、図５のステップＳ４２〜Ｓ６０に示した通りの動作が行われるかを、復帰信号が正しく出力されるかどうかや、正しく動作停止が行われるかどうか等に基づいて確認することで、自系の復帰試験が実現される。
【００６４】
以上、本発明を適用した実施形態の一例について説明したが、本発明の適用が可能な形態は上述した実施形態に限られものではないことは勿論である。
【００６５】
例えば、図６を参照して説明した他系の切り離し処理において、自系の動作の一時停止および再開（ステップＳ２１、Ｓ２５）を省略して、自系を継続動作させつつ他系を切り離すこととしてもよい。
【００６６】
同様に、図7を参照して説明した他系の投入処理において、自系の動作の一時停止および再開（ステップＳ３１、Ｓ３５）を省略して、自系を継続動作させつつ他系を投入することとしてもよい。
【００６７】
また、上述した電源システム１では２系統の電源ユニット１０を直列接続するとして説明したが、３系統以上のＮ系統の電源ユニットを直列接続する構成としてもよい。Ｎ＝３とした場合の電源システム２の回路構成の一例を図１０に示す。
【００６８】
図１０の電源システム２は、Ａ系の電源ユニット１００（１００Ａ）と、Ｂ系の電源ユニット１００（１００Ｂ）と、Ｃ系の電源ユニット１００（１００Ｃ）とを直列接続し、コンデンサ８１を介して総合電圧を負荷９０に出力する構成を有する。
【００６９】
総合出力段６００には、スイッチ部７００と、コンデンサ８１と、総合電圧検出器８２とが設けられる。スイッチ部７００は、接続スイッチ７２，７３，７４と、短絡スイッチ７５，７６，７７と、連係スイッチ７８，７９と、保護スイッチ７１とを有し、電源ユニット１００から入力される切替制御信号に従って各スイッチの投入（接続）／開放が切り替えられる。
【００７０】
接続スイッチ７２は、Ａ系の電源ユニット１００Ａを総合出力段６００に接続するためのスイッチであり、接続スイッチ７３は、Ｂ系の電源ユニット１００Ｂを総合出力段６００に接続するためのスイッチであり、接続スイッチ７４は、Ｃ系の電源ユニット１００Ｃを総合出力段６００に接続するためのスイッチである。
【００７１】
短絡スイッチ７５、連係スイッチ７８、短絡スイッチ７６、連係スイッチ７９、および短絡スイッチ７７は、プラス側の電源出力ラインとマイナス側の電源出力ラインとの間に直列に接続されており、短絡スイッチ７５はＡ系の電源ユニット１００Ａと並列に設けられ、Ａ系の電源ユニット１００Ａの総合出力段６００への接続を短絡するスイッチとして働く。短絡スイッチ７６はＢ系の電源ユニット１００Ｂと並列に設けられ、Ｂ系の電源ユニット１００Ｂの総合出力段６０への接続を短絡するスイッチとして働く。短絡スイッチ７７はＣ系の電源ユニット１００Ｃと並列に設けられ、Ｃ系の電源ユニット１００Ｃの総合出力段６００への接続を短絡するスイッチとして働く。
【００７２】
保護スイッチ７１は、スイッチ部７００の最終段においてプラス側の電源出力ラインに挿入されており、電源ユニット１００側を負荷９０から切り離す一種の遮断器として機能する。
【００７３】
各電源ユニット１００の構成および動作は、電源ユニット１０と同様である。但し、他系の切り離しの判定においては、他系の出力電圧の情報を入力して、切り離し条件を満たすかを判定する。すなわち、切り離し条件を満たす他系が存在した場合に、当該他系に係る接続スイッチを開放させる信号と、当該他系に係る短絡スイッチを短絡させる信号とをスイッチ部７００に出力することで、切り離し条件を満たす他系を切り離す。
【００７４】
また、他系の切り離しおよび投入において、健全な複数系統の電源ユニット１００が平行して判断・制御を行い、スイッチ部７００に同様の切替制御信号を出力することとなるが、同じ制御となるため、特に問題とはならない。また、同一の電源ユニット１００に対する切り離しおよび投入の繰り返し回数が所定回数に達した場合には、規定時間が経過するまで切り離しおよび投入の判断を行わない機能の付加や、切り離しおよび投入に関する判断・制御を隣接する電源ユニット１００に限定することとしてもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１，２    電源システム
１０    電源ユニット
１２    制御部
１４    発電部
１５    昇圧回路部
１６    出力段
６０    総合出力段
７０    スイッチ部
８１    コンデンサ
９０    負荷
【図１】
0006580522.tif 000002
【図２】
0006580522.tif 000003
【図３】
0006580522.tif 000004
【図４】
0006580522.tif 000005
【図５】
0006580522.tif 000006
【図６】
0006580522.tif 000007
【図７】
0006580522.tif 000008
【図８】
0006580522.tif 000009
【図９】
0006580522.tif 000010
【図１０】
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