(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電手段と制御手段とを有する親装置と、
前記親装置からケーブルを介して接続された子装置と、
前記子装置に接続された擬似負荷装置と、を備えた電力供給システムであって、
前記子装置は、
１次側に供給される第１直流電力を第２直流電力に変換して２次側に出力する直流電力変換部と、
少なくとも１つの機器に分配する電力分配部と、を備え、
前記擬似負荷装置は、
ｎ段（ｎは２以上の自然数）の擬似負荷ユニットを備え、
前記擬似負荷ユニットの各段は、
端子間電圧監視部、制御用電圧増幅部、及び電力消費部を備え、
前記端子間電圧監視部、前記制御用電圧増幅部、及び前記電力消費部は、当該擬似負荷ユニットの両端子間に並列に接続され、
前記端子間電圧監視部は、前記擬似負荷ユニットの両端子間に印加されている電圧を監視するために用いる半導体、及び前記半導体に付随する受動部品により構成され、前記端子間の電圧を一定とするための制御用電圧を生成して前記制御用電圧増幅部に伝達し、
前記制御用電圧増幅部は、前記制御用電圧を増幅して前記電力消費部に伝達し、
前記電力消費部は、電力用半導体により構成され、前記制御用電圧増幅部にて増幅された前記制御用電圧に応じて前記電力用半導体に所要の電流を流すことで前記端子間の電圧が一定となるように電力を消費するものであり、
前記擬似負荷装置は、前記直流電力変換部の１次側または２次側に接続されていることを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記電力消費部を構成する前記電力用半導体は、トランジスタ、電界効果トランジスタ、ＩＧＢＴの何れか１つであることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余剰電力を消費するのに好適な電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海底ケーブル通信方式では、通信信号を再生または増幅する中継装置を多数の海底装置にそれぞれ実装し、この海底装置を海底ケーブルにより鎖状に接続し、これを陸上の二点間に広がる海底に敷設する技術が知られている。このような海底ケーブルには電力線が実装され、各海底装置に設けられた電源回路が電力線に直列接続される。そして、この電力線に陸上の両端に配置された陸上給電装置から、一定値の直流電流（直流定電流）を送電して、各海底装置ではその直流定電流の電圧降下分をそれぞれ電力として利用するように構成されている。
【０００３】
しかしながら、上述したような海底ケーブル通信方式にあっては、各海底装置に対して消費すべき電力量を割当てることで、海底ケーブルに接続されている全ての海底装置に一定した電力量を分配できるように構成されていた。
このため、従来の海底装置にあっては、海底装置が給電可能な状態であるにも拘わらず、観測装置に給電が行われていない場合、観測装置で消費されるべき電力をすべて擬似負荷装置で消費する必要があった。すなわち、１つの海底装置に割当られた電力のうち、非給電状態の観測装置（給電状態にない）において消費されなくなった余剰電力を擬似負荷装置において消費させていた。
【０００４】
このような構成の電力供給システムの一例として、特許文献１、２に記載された発明が知られている。
特許文献１では、出力の負荷変動に対して入力側の受電電力が変化しないことを目的としている。第一の回路が、一次入力ポートに直流定電流を受電し、出力となる二次ポートの電圧を検出し、この第１の電圧検出値が一定値になるよう一次側にある第１のスイッチング回路を制御することで、二次ポートに直流定電圧を出力する。第二の回路が、第一の回路の二次ポートの直流定電圧出力を受電して、定電流化回路により定電流化し、終段出力としての三次ポートに接続した外部負荷に定電流を供給する。第三の回路が、第一の回路の一次側に生ずる電圧を一次側入力電圧として受電し、この一次側電圧を検出し、この第２の電圧検出値が一定値になるよう一次側にある第２のスイッチング回路を制御することで、二次側に接続した定抵抗負荷に電力を供給するという構成の平衡型直流定電流入力／直流定電流分配出力装置が開示されている。
【０００５】
特許文献２では、消費電力に大きな変動があっても、定電流給電に影響を与えないことを目的としている。定電流給電方式の海底ケーブルシステムにおいて、定電流ラインに直列に接続され該定電流を矩形波電流に変換するスイッチング回路と、矩形波電流を他の矩形波電流に変換するトランスと、該トランスの出力を整流する整流回路とを有し、高電圧の定電流をスイッチング回路、トランス及び整流回路にて絶縁し、負荷側と電気的に分離する。整流回路の出力にツェナーダイオードを接続し、トランスで分離され整流回路により整流された低電圧側の電圧をツェナーダイオードにより負荷の電流変動を吸収するという構成の海底ケーブルシステム用電源回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１７６１５２号
【特許文献２】特開平１１−１５０４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、特許文献１にあっては、第一の回路の一次側に生ずる電圧を一次側入力電圧として受電し、この一次側電圧の検出値である第２の電圧検出値が一定値になるよう一次側にある第２のスイッチング回路を制御することで、第２のスイッチング回路の二次側に接続した定抵抗負荷に電力を供給するように第三の回路を構成することで、観測装置（給電状態にない）で消費されなくなった余剰電力を定抵抗負荷において消費させていた。
しかしながら、特許文献１にあっては、第三の回路を構成する部品点数が多くなるとともに複雑化することに起因して、第三の回路を実装するためのスペースが必要となっていた。
また、従来の海底装置にあっては、上述したように１つの海底装置に割当られた電力のうち、非給電状態の観測装置において消費されなくなった余剰電力を擬似負荷装置において消費させていた。この際に、観測装置に電力を供給するための直流電力変換装置と擬似負荷装置との間でフィードバック制御を行うことで、直流電力変換装置と擬似負荷装置との間の電力バランスを最適な安定点に保持するように制御していた。
しかしながら、直流電力変換装置と擬似負荷装置との間でフィードバック制御を行うには、両装置の回路構成が複雑化していた。
【０００８】
さらに、擬似負荷装置をツェナーダイオードを用いて実現できるが、大電力・高電圧で使用したときは多段接続にする必要があり、多段接続は各素子の特性バラツキで安定性と信頼性が問題となる。
詳しくは、ツェナーダイオードは、半導体をＰＮ接合して構成した半導体素子であり、実際には、製造誤差等により市販のツェナーダイオードの特性は、５％〜１０％程度のバラツキがある。なお、特性バラツキの少ない高精度タイプも実在するが、極めて高価である。
本件のように、多段接続して大電力・高電圧を消費させるような場合、素子の特性バラツキが累積することで、想定通りの特性を得ることが困難となる。なお、高精度のツェナーダイオードを多段接続して使用すると高コストにつながる。
一般に、ツェナーダイオードでは、電流を流し始めると、その定電圧性がゆれて崩れ始める。例えば、特許文献２の段落［００３５］には、ツェナーダイオードに８Ａの電流を流す例が記載されているが、電圧安定性が劣るという欠点がある。
このため、観測装置（非給電状態）で消費されなくなった余剰電力を消費することが可能な簡単な構成の擬似負荷装置の提供が切望されていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、簡単な構成で消費されなくなった余剰電力を消費することが可能な電力供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、給電手段と制御手段とを有する親装置と、前記親装置からケーブルを介して接続された子装置と、前記子装置に接続された擬似負荷装置と、を備えた電力供給システムであって、前記子装置は、１次側に供給される第１直流電力を第２直流電力に変換して２次側に出力する直流電力変換部と、少なくとも１つの機器に分配する電力分配部と、を備え、前記擬似負荷装置は、ｎ段（ｎは２以上の自然数）の擬似負荷ユニットを備え、前記擬似負荷ユニットの各段は、端子間電圧監視部、制御用電圧増幅部、及び電力消費部を備え、前記端子間電圧監視部、前記制御用電圧増幅部、及び前記電力消費部は、当該擬似負荷ユニットの両端子間に並列に接続され、前記端子間電圧監視部は、前記擬似負荷ユニットの両端子間に印加されている電圧を監視するために用いる半導体、及び前記半導体に付随する受動部品により構成され、前記端子間の電圧を一定とするための制御用電圧を生成して前記制御用電圧増幅部に伝達し、前記制御用電圧増幅部は、前記制御用電圧を増幅して前記電力消費部に伝達し、前記電力消費部は、電力用半導体により構成され、前記制御用電圧増幅部にて増幅された前記制御用電圧に応じて前記電力用半導体に所要の電流を流すことで前記端子間の電圧が一定となるように電力を消費するものであり、前記擬似負荷装置は、前記直流電力変換部の１次側または２次側に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡単な構成で消費されなくなった余剰電力を消費することが可能な電力供給システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力供給システムの概略的な構成について説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電力供給システムに備えられた海底装置の構成について説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電力供給システムにおいて用いられる、図２に示すメインＤＣ／ＤＣコンバータと出力用ＤＣ／ＤＣコンバータとのより詳細な接続関係について説明するためのブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る電力供給システムに用いる擬似負荷装置の１単位である擬似負荷ユニットを表すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る電力供給システムに用いる擬似負荷装置の１単位である擬似負荷ユニットに対して、入力電圧を変化させながら入力した場合の動作を表す電圧−時間−電流についてのグラフ図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る電力供給システムに用いる擬似負荷装置の１単位である擬似負荷ユニットに対して、負荷変動を与えた場合の動作を表す電圧−時間−電流についてのグラフ図である。
【図７】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１実施形態に係る電力供給システムに備えられた各装置の立ち上り動作を説明するためのシーケンス図（その１）である。
【図８】（ａ）〜（ｇ）は本発明の第１実施形態に係る電力供給システムに備えられた各装置の立ち上り動作を説明するためのシーケンス図（その２）である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る電力供給システムに用いる擬似負荷装置の１単位である擬似負荷ユニットを表すブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る電力供給システムに用いる擬似負荷装置の１単位である擬似負荷ユニットを表すブロック図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る電力供給システムに備えられた海底装置の構成について説明するためのブロック図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る電力供給システムにおいて用いられる、図１１に示すメインＤＣ／ＤＣコンバータと出力用ＤＣ／ＤＣコンバータとのより詳細な接続関係について説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
本発明は、簡単な構成で消費されなくなった余剰電力を消費することが可能な電力供給システムを提供するために、以下の構成を有する。
すなわち、本発明の電力供給システムは、給電手段と制御手段とを有する親装置と、親装置からケーブルを介して接続された子装置と、を備えた電力供給システムであって、子装置は、１次側に供給される第１直流電力を第２直流電力に変換して２次側に出力する直流電力変換部と、第２直流電力を擬似負荷装置、及び少なくとも１つの機器に分配する電力分配部と、直流電力変換部の１次側または２次側に接続され、電力分配部に接続される機器の台数の増減に応じて、第１直流電力または第２直流電力のうちの余剰電力を消費する擬似負荷部と、を備えることを特徴とする。
以上の構成を備えることにより、簡単な構成で消費されなくなった余剰電力を消費することが可能な電力供給システムを提供することができる。
上記の本発明の特徴に関して、以下、図面を用いて詳細に説明する。
【００１３】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
＜電力供給システムの構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力供給システム１の概略的な構成について説明するためのブロック図である。
電力供給システム１は、図１に示すように、陸上制御装置２、陸上給電装置１０、海底ケーブル１６−１〜１６−４、海底装置２０−１〜２０−３を備えている。
電力供給システム１は、陸上に配置された陸上制御装置２から延びる制御ケーブル４と、陸上給電装置１０から延びる電力線１２と、を束ねた海底ケーブル１６−１が海底装置２０−１の一端に接続されている。さらに、海底ケーブル１６−１〜１６−４の夫々には海底装置２０−１〜２０−３が夫々介在するように直列に接続されており、最後に海底装置２０−３が海底ケーブル１６−４に収容された電力線１２−４を介してシーアース２２−４に接続されている。
【００１４】
なお、図１に示すように、電力供給システム１は、陸上給電装置１０が陸上側において電気的にアース１１に接地されており、且つ、陸上側から最遠端の海底に配置された海底装置２０−３において海底ケーブル１６−４に収容された電力線１２−４がシーアース２２−４に接地されていることで、電力供給における閉回路を構成する。
また、この電力供給システム１に備えられている海底装置２０−１〜２０−３は夫々に機能シーアース２２−１〜２２−３に抵抗を介して接続されることで、海底装置２０−１〜２０−３の夫々に接続される観測装置（図示しない）への給電路電位を安定化させる役割を果たす。
【００１５】
陸上制御装置２は、制御手段を構成し、制御ケーブル４を介して各海底装置に制御データを出力する。
また、陸上制御装置２は、海底装置２０に設けられた伝送部４０に対して、給電路パスリレー６２を切り替える等の各種制御を行うための制御データを送信する伝送部２ａを備えている。
陸上給電装置１０は、給電手段を構成し、例えばマイナス極性の直流定電流を発生する直流給電装置である。
本実施形態では、陸上給電装置１０（給電手段）と陸上制御装置２（制御手段）とを有することで親装置を構成する。
海底ケーブル１６は、複数の異なる波長の光を伝送する光ファイバからなり制御データを搬送する制御ケーブル４と、電力を搬送する電力線１２と、を有している。
海底装置２０は、子装置を構成し、通常、海底に設置する地震計等の観測装置を接続するため、ジャンクションボックスと呼ばれており、陸上給電装置１０又は他の海底装置２０から海底ケーブル１６を介して供給される電力を観測装置に分配供給し、観測装置において観測された観測データを海底ケーブル１６を介して陸上制御装置２に伝送する。
なお、本実施形態では、海底装置２０を海底に例えば３台配置していることとして電力供給システム１を説明するが、本発明においては海底装置２０の台数を制限するものではない。
【００１６】
＜海底装置の構成＞
図２は、本発明の第１実施形態に係る電力供給システム１に備えられた海底装置２０の構成について説明するためのブロック図である。
図１に示す海底装置２０−１は、海底ケーブル１６−１と海底ケーブル１６−２との間に接続されているが、他の海底装置２０−２、２０−３も２本の異なる海底ケーブルの間に介在するように接続されているので、説明の簡単化のため、ここでは単に海底装置２０、海底ケーブル１６、機能シーアース２２という名称及び符号を用いて説明する。このため、図２においては紙面左側の海底ケーブル１６が陸上側に向かって布設されていることとする。
図２に示す海底装置２０は、伝送部４０、駆動電源部５０、受電部６０、制御部７０、出力部８０を備えている。
受電部６０と制御部７０との間には、互いの１次側が直列接続されたメインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６が備えられている。
海底装置２０は、各海底ケーブル１６を接続するための水中着脱コネクタ３０ａ、３０ｂを筐体２０ａに備えており、筐体２０ａ内部では水中着脱コネクタ３０ａから受電部６０に接続されている配電線を給電路３２ａ、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４のトランスに設けられた１次巻線に直流電力を供給する電路を給電路３２ｂ、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４の１次巻線とメインＤＣ／ＤＣコンバータ６６の１次巻線との間に接続されている電路を給電路３２ｃ、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６６の１次巻線に直流電力を供給する電路を給電路３２ｄ、受電部６０から駆動電源部５０に接続されている配電線を給電路３２ｅ、駆動電源部５０から水中着脱コネクタ３０ｂに接続されている配電線を給電路３２ｆと呼ぶこととする。
【００１７】
伝送部４０は、陸上制御装置２から海底ケーブル１６の制御ケーブル４を介して制御データを受信する。
駆動電源部５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を備え、伝送部４０が受信した制御データに基づいて、給電路パスリレー６２の接点状態を切り替える。駆動電源部５０は、給電路３２ｅ、３２ｆ間に直列に接続された低電圧回路、例えばツェナーダイオードＺＤ１を設け、ツェナーダイオードＺＤ１のアノード−カソード間に発生するツェナー電圧を用いてＤＣ／ＤＣコンバータ５２を作動させて駆動電力を発生して、伝送部４０が受信した制御データに基づいて、後述する給電路パスリレー６２に設けられたソレノイドコイルに給電することにより、給電路パスリレー６２の接点を閉結状態から開放状態に切り替える。
【００１８】
受電部６０は、給電路３２ａ、３２ｅ間に接続され、給電路３２ａ、３２ｅ間をパスする給電路パスリレー６２を備えている。
受電部６０は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４のトランスの１次巻線と、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６６のトランスの１次巻線と、を備えている。
このメインＤＣ／ＤＣコンバータ６４は、給電路３２ｂ、３２ｃ間に接続されたスイッチＳＷ６５と、給電路３２ｂ、３２ｃ間に接続されたトランスの１次巻線と、スイッチング素子（図示しない）と、この１次巻線に対向する２次巻線と、２次巻線の後段に接続された整流平滑回路（図示しない）と、を有している。
また、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６６は、給電路３２ｃ、３２ｄ間に接続されたスイッチＳＷ６７と、給電路３２ｃ、３２ｄ間に接続されたトランスの１次巻線と、スイッチング素子（図示しない）と、この１次巻線に対向する２次巻線と、を有している。
また、スイッチＳＷ６５、６７は、いわゆるブレークリレーであり、ソレノイドコイルに電流を流したときに接点が開放状態になるように構成されている。スイッチＳＷ６５、６７を伝送部４０が受信した制御データに基づいて切り替えることで、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６６、６７の二次側への電力供給を増減することができる。
【００１９】
メインＤＣ／ＤＣコンバータ６６、６７は、直流電力変換部を構成し、１次側に供給される第１直流電力を第２直流電力に変換して２次側に出力する役割を果たす。制御部７０は、電力分配部を構成し、観測装置１００−１〜１００−４（機器）に第２直流電力を分配する役割を果たす。
制御部７０は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４のトランスの１次巻線に対向した２次巻線と、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６６のトランスの１次巻線に対向した２次巻線と、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４のトランスの１次巻線と、を備えている。
出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６の２次側に接続されたトランスの１次巻線と、スイッチング素子（図示しない）と、この１次巻線に対向する２次巻線と、２次巻線の後段に接続された整流平滑回路（図示しない）と、を有している。
出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４は、伝送部４０が受信した制御データに基づいて、夫々の動作をＯＮ／ＯＦＦ状態に設定することができる。
【００２０】
さらに、制御部７０は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６の２次側から供給される直流電力のうち余剰電力を擬似負荷装置９０に出力する出力ポートＰｒ１、Ｐｒ２と、機能アース端子Ｇと、を備えている。
電気的に絶縁されフローティング状態に保持されている制御部７０の機能アース端子Ｇを、抵抗Ｒ１を介して機能シーアース２２に接地することで、観測装置１００−１〜１００−４への給電路電位を安定化させることができる。
出力部８０は、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４の２次側から夫々に供給される直流電力を出力する出力ポートＰ１〜Ｐ４を備えている。
出力ポートＰ１〜Ｐ４には、必要に応じて海底に配置されている観測装置１００−１〜１００−４が夫々に接続され、夫々の観測装置１００−１〜１００−４において電力が消費される。
なお、図２に示すように、伝送部４０と制御部７０とはケーブル４２を介して接続されており、ケーブル４２を介して伝送部４０から制御部７０に制御データが出力される。
【００２１】
＜制御データ＞
ここで、陸上制御装置２から制御ケーブル４を介して海底装置２０に送信される制御データについて説明する。
図１に示す海底装置２０−１〜２０−３の夫々に固有の装置アドレスの形式としては、例えば＃００１〜＃００３を用いればよく、これに加えて、装置の給電状態を指定する制御データＤ０、スイッチＳＷ６５のＯＮ／ＯＦＦ状態を指定する制御データＤ１、スイッチＳＷ６７のＯＮ／ＯＦＦ状態を指定する制御データＤ２、観測装置１００−１〜１００−４の夫々へ電力を出力する出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４の動作のＯＮ／ＯＦＦ状態を指定する制御データＤ３〜Ｄ６の夫々を指定する。
なお、制御データＤ０〜Ｄ２は、各リレーの接点の状態について、「１」がＯＮ状態（閉結状態）を表し、「０」がＯＦＦ状態（開放状態）を表すこととする。また、制御データＤ３〜Ｄ６は、各出力用ＤＣ／ＤＣコンバータの動作／停止状態について、「１」がＯＮ状態（動作状態）を表し、「０」がＯＦＦ状態（停止状態）を表すこととする。
【００２２】
【表１】
0006578602.tif 000002
【００２３】
なお、表１に示すデータ例は、海底装置２０−１〜２０−３の全ての出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４が動作状態であることを表している。
【００２４】
図３は、本発明の第１実施形態に係る電力供給システム１において用いられる、図２に示すメインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６と出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４とのより詳細な接続関係について説明するためのブロック図である。
【００２５】
＜メインＤＣ／ＤＣコンバータ＞
メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６の１次側は、給電路３２ｃを介在して、給電路３２ｂ、３２ｄに直列に接続されている。一方、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６の２次側は端子Ｏ１、Ｏ２に互いに並列に接続されている。
メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４の１次側には、スイッチＳＷ６５とコンバータ６４ｉが並列に接続され、さらに、コンバータ６４ｉはトランス６４ｔの１次巻線に並列に接続されている。コンバータ６４ｉは、スイッチＳＷ６５が開放状態である場合に、給電路３２ｂ、３２ｃから第１直流電力として入力される直流電圧をスイッチング素子（図示しない）を用いて高周波スイッチングすることにより、高周波電力に変換してトランス６４ｔの１次巻線に出力する。
【００２６】
メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４の２次側には、トランス６４ｔの２次巻線に整流平滑回路６４ｃが並列に接続されており、整流平滑回路６４ｃはトランス６４ｔの２次巻線に誘起した高周波電力をダイオード及びコンデンサにより整流平滑して直流電圧を生成し、直流電圧をダイオードＤｉ１を介して第２直流電力として端子Ｏ１に出力する。
メインＤＣ／ＤＣコンバータ６６は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４と同様の構成を有しており、その説明を省略する。
メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６に設けられたダイオードＤｉ１、Ｄｉ２は、２次側を端子Ｏ１、Ｏ２に互いに並列に接続させた場合に、一方のメインＤＣ／ＤＣコンバータから他方のメインＤＣ／ＤＣコンバータに出力電流が流れ込むのを防止するために設けられている。ダイオードＤｉ１、Ｄｉ２を介在させることにより、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６の出力同士を並列に接続することができる。
【００２７】
上述したように、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６の２次側は端子Ｏ１、Ｏ２に互いに並列に接続されており、図３に示すように、端子Ｏ１は端子Ｉ１に接続され、端子Ｏ２は端子Ｉ２に接続されている。
この端子Ｉ１、Ｉ２には、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４の１次側が互いに並列に接続されており、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４の２次側は夫々に独立して出力ポートＰ１〜Ｐ４に接続されている。なお、出力ポートＰ１〜Ｐ４には観測装置１００−１〜１００−４が必要に応じて着脱自在に接続可能である。
このように、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６の２次側が端子Ｏ１、Ｏ２に互いに並列に接続され、かつ端子Ｏ１、Ｏ２から端子Ｉ１、Ｉ２を介して出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４の１次側が互いに並列に接続されることで、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６により変換された第２直流電力を出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４に分配することが可能になる。
出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４の夫々に設けられたコンバータ及び整流平滑回路の動作については、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４のコンバータ６４ｉ及びコンバータ６４ｃと同様であるのでその説明を省略する。
なお、端子Ｏ２、端子Ｉ２は制御部７０に設けられた機能アース端子Ｇ（図２）に接続されており、図２に示すように、機能アース端子Ｇから抵抗Ｒ１を介して機能シーアース２２に接続されている。
【００２８】
図３に示す擬似負荷装置９０は、ｎ個の擬似負荷ユニット９２−１〜９２−ｎを直列に接続して構成されている。
擬似負荷装置９０は、例えば、１個当たりの負荷電圧が８Ｖの擬似負荷ユニットを５０個だけ直列に接続することで、４００Ｖの負荷電圧に対応する擬似負荷装置を構成することができる。
【００２９】
図４は、本発明の第１実施形態に係る電力供給システム１に用いる擬似負荷装置９０の１単位である擬似負荷ユニットを表すブロック図である。
図４に示すように、擬似負荷ユニット９２−ｋの端子Ａは擬似負荷ユニット９２−（ｋ−１）の端子Ｂに接続され、擬似負荷ユニット９２−ｋの端子Ｂは擬似負荷ユニット９２−（ｋ＋１）の端子Ａに接続されている。
擬似負荷ユニット９２−ｋは、端子間電圧監視部９４、制御用電圧増幅部９６、電力消費部９８を備え、各部は端子Ａ−Ｂ間に並列に接続されている。
端子間電圧監視部９４は、端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢを監視するために用いる半導体（以下、半導体）、及びそれに付随する受動部品により構成され、端子Ａ−Ｂ間の電圧ＶＡＢを監視し、電力消費部９８に流れる電流Ｉｄに依存することなく、端子Ａ−Ｂ間の電圧ＶＡＢが一定となるよう半導体に流れる電流の量を調整する。
【００３０】
端子間電圧監視部９４は、上記半導体に流れる電流により制御用電圧Ｖｓを生成して、これを制御用電圧増幅部９６に伝達する。端子間電圧監視部９４は、端子Ａ−Ｂ間の電圧が一定となるよう上記半導体に流れる電流量を変化させ、制御用電圧増幅部９６に伝達する制御用電圧Ｖｓのレベルを調整する。
制御用電圧増幅部９６は、信号増幅に用いる信号増幅用半導体、及びこの信号増幅に付随する受動部品により構成され、端子間電圧監視部９４により生成された制御用電圧Ｖｓをｇ倍（ｇ＞１）に増幅して制御用電圧ｇ×Ｖｓを電力消費部９８に伝達する。
電力消費部９８は、電力用半導体により構成され、制御用電圧増幅部９６により増幅された制御用電圧ｇ×Ｖｓに応じて電力用半導体に所要の電流Ｉｄを流すことで、電力用半導体において電力を消費させる。なお、電力消費部９８に設けられた電力用半導体は、パワートランジスタ、電界効果トランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のうち何れか１つを用いればよい。
また、電力用半導体には、その消費電力により発生する熱を発散させるためのヒートシンクを取り付けることが好ましい。
【００３１】
次に、図４に示す擬似負荷ユニット９２−ｋの動作について説明する。
端子間電圧監視部９４は、端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢを監視し、半導体に流れる電流により制御用電圧Ｖｓを生成して制御用電圧増幅部９６に伝達するとともに、端子Ａ−Ｂ間の電圧ＶＡＢが一定となるよう半導体に流れる電流量を変化させ、制御用電圧増幅部９６に伝達する制御用電圧Ｖｓのレベルを調整する。
制御用電圧増幅部９６は、端子間電圧監視部９４により生成された制御用電圧Ｖｓをｇ倍に増幅して制御用電圧ｇ×Ｖｓを電力消費部９８に伝達する。
電力消費部９８は、制御用電圧増幅部９６で増幅された制御用電圧ｇ×Ｖｓに応じて電力用半導体に所要の電流Ｉｄを流すことで、電力用半導体に電力を消費させる。
【００３２】
図５は、本発明の第１実施形態に係る電力供給システム１に用いる擬似負荷装置９０の１単位である擬似負荷ユニット９２−ｋに対して、端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢを変化させながら入力した場合の動作を表す電圧−時間−電流についてのグラフ図である。
図５に示す縦軸（左側）の電圧は図４に示す擬似負荷ユニット９２−ｋの端子Ａ−Ｂ間に入力される電圧ＶＡＢを表しており、図５に示す縦軸（右側）の電流は電力消費部９８に設けられた電力用半導体に流れる電流Ｉｄを表しており、図４に示すＢ点の電位（０Ｖレベル）を相対的な基準にしている。
時刻ｔ１〜ｔ２の範囲、かつ端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢの電圧波形が０Ｖから徐々に７．７Ｖ（＜ｇ×Ｖｓ）まで上昇する範囲では、電力消費部９８に設けられた電力用半導体に流れる電流Ｉｄの電流波形は０．０Ａを表している。
この際、電力用半導体を制御するための制御用電圧ｇ×Ｖｓが７．７Ｖ未満では、電力用半導体がオフしているため、電流Ｉｄが０．０Ａに留まっている。
次に、時刻ｔ２〜ｔ３の範囲、かつ端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢの電圧波形が７．７Ｖ（＞ｇ×Ｖｓ）以上に上昇する範囲では、電力消費部９８に設けられた電力用半導体に流れる電流Ｉｄの電流波形は０．０Ａ〜３．４Ａ程度まで急峻に上昇するが、端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢの電圧波形はほぼ一定の７．７Ｖ（＞ｇ×Ｖｓ）であることを表している。
この際、電力用半導体を制御するための制御用電圧ｇ×Ｖｓが７．７Ｖ以上になるので、電力用半導体がオンするため、制御用電圧ｇ×Ｖｓに応じて電流Ｉｄが０．０Ａ〜３．４Ａ程度まで急峻に上昇する。
なお、上述した制御用電圧ｇ×Ｖｓは、電力用半導体の種類に応じて適宜設計すればよい。
【００３３】
図６は、本発明の第１実施形態に係る電力供給システム１に用いる擬似負荷装置９０の１単位である擬似負荷ユニット９２−ｋに対して、負荷変動を与えた場合の動作を表す電圧−時間−電流についてのグラフ図である。
図６に示す縦軸（左側）の電圧は図４に示す擬似負荷ユニット９２−ｋの端子Ａ−Ｂ間に入力される電圧ＶＡＢを表しており、図６に示す縦軸（右側）の電流は電力消費部９８に設けられた電力用半導体に流れる電流Ｉｄを表しており、図４に示すＢ点の電位（０Ｖレベル）を相対的な基準にしている。
負荷変動試験では、７．７Ｖ以上のオフセット電圧を有する周波数が約４Ｈｚの脈流を端子Ａ−Ｂ間の電圧ＶＡＢとして印加する。
この際、電力用半導体を制御するための制御用電圧ｇ×Ｖｓが７．７Ｖ以上になっているので、電力用半導体が常にオン状態にあるため、制御用電圧ｇ×Ｖｓに応じて電力用半導体に流れる電流Ｉｄの電流波形は３．０Ａを中心にして２．５５Ａ〜３．３７５Ａ程度の間を変動する。この際、端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢの電圧波形は７．７０Ｖ〜７．７１Ｖの範囲に収まることを表している。
【００３４】
＜電力供給システムの動作＞
次に、図７（ａ）〜（ｆ）及び図８（ａ）〜（ｇ）を参照して、本発明の第１実施形態に係る電力供給システム１に備えられた各装置の立ち上り動作について説明する。図７（ａ）〜（ｇ）及び図８（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１実施形態に係る電力供給システム１に備えられた各装置の立ち上り動作を説明するためのシーケンス図である。
【００３５】
＜海底装置の起動動作＞
図１に示す電力供給システム１を起動する場合、陸上側に配置された陸上給電装置１０に電源を投入し、陸上給電装置１０から海底ケーブル１６−１を介して海底装置２０−１〜２０−３に定電流給電を行う。
図７（ａ）に示すように、陸上給電装置１０を起動した場合、時刻ｔ０〜ｔ１において、陸上給電装置１０から給電される電流は０．０Ａ〜３．０Ａに上昇し、これ以降は３．０Ａの定電流が給電される。
例えば図２に示す海底装置２０において、海底ケーブル１６、給電路３２ａ、給電路パスリレー６２、給電路３２ｅ、駆動電源部５０、給電路３２ｆ、海底ケーブル１６という順に定電流給電が行われる。
以下、海底装置２０における動作を説明する。
上述したように、駆動電源部５０には、１５Ｗ〜３０Ｗ程度のＤＣ／ＤＣコンバータ５２が設けられており、時刻ｔ０において定電流給電が行われると、このＤＣ／ＤＣコンバータ５２が起動する。伝送部４０には、図７（ｂ）に示すように、時刻ｔ０において、例えば１６Ｖの供給電圧が与えられる。そして、図７（ｃ）に示すように、時刻ｔ０〜ｔ１において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２から伝送部４０に回路負荷に応じて０．０Ａ〜３．０Ａの電流が給電される。
【００３６】
図７（ｄ）に示す時刻ｔ２において、陸上制御装置２は、海底装置２０−１〜２０−３の夫々に設けられた給電路パスリレー６２、スイッチＳＷ６５、６７を閉結状態から開放状態に制御するための装置アドレス及び制御データ（Ｄ０＝０、Ｄ１＝０、Ｄ２＝０）を伝送部２ａから海底ケーブル１６−１を介して海底装置２０−１〜２０−３に送信する。
陸上制御装置２から海底ケーブル１６−１を介して装置アドレス及び制御データを受信した海底装置２０−１〜２０−３の伝送部４０は、受信した装置アドレスが当該装置の装置アドレスと一致した場合に、制御データＤ０を受電部６０に出力する。
図７（ｄ）に示す時刻ｔ２において、受電部６０は、伝送部４０から入力された制御データＤ０＝０に基づいて、パスリレーＯＮ信号を生成し、給電路パスリレー６２に設けられたソレノイドコイルに給電する。これにより、図７（ｅ）に示す時刻ｔ２において、受電部６０に設けられた給電路パスリレー６２の接点を閉結状態から開放状態に切り替える。
【００３７】
図７（ｆ）は、受電部６０及び制御部７０に接続されているメインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４、及び擬似負荷装置９０に流れる電流量が３．０Ａであることを示しており、この電流量は陸上給電装置１０の給電量（３．０Ａ）と等しいことを示している。
詳しくは、時刻ｔ０〜ｔ２において、閉結状態にある給電路パスリレー６２の接点間に流れる電流を示している。
時刻ｔ２〜ｔ３において、非動作状態にあったメインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６のスイッチＳＷ６５、ＳＷ６７の接点が閉結状態から開放状態に切り替わり、給電路３２ｂ、３２ｄ間からメインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６に電力が給電されて起動状態に切り替わることにより、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６に流れる電流量を示している。
時刻ｔ３〜ｔ４において、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６では、入力定格の８０％程度に入力電圧が上昇して、電流共振回路が起動を開始し、スイッチング素子が高周波スイッチングされることにより、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６に流れる電流量を示している。
時刻ｔ４以降において、擬似負荷装置９０及び動作中の観測装置に流れる電流量を示している。
【００３８】
＜メインＤＣ／ＤＣコンバータの起動＞
図２において、受電部６０では、給電路パスリレー６２の接点を閉結状態から開放状態に切り替ると、図８（ａ）に示す時刻ｔ２〜ｔ４において、給電路３２ｂ、３２ｄ間に直列に接続されたメインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６のトランスの１次巻線と、スイッチング素子（図示しない）への電力の給電が開始される。
同時に、図３において、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４では、伝送部４０から入力された制御データＤ１＝０に基づいて、スイッチＳＷ６５を閉結状態から開放状態に切り替える。
これにより、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４が起動する。さらに、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４では、時刻ｔ３において、入力電圧が入力定格の８０％程度である４００Ｖに上昇すると、コンバータ６４ｉに設けられた電流共振回路が起動を開始し、スイッチング素子が高周波スイッチングされる。これにより、１次巻線に生じた磁気エネルギーが２次巻線に電圧を誘起させ、２次巻線の後段に接続された整流平滑回路６４ｃにより直流電圧が発生し、図８（ａ）に示す時刻ｔ３〜ｔ５において、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４に直流電圧が出力される。
また、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４の起動と同様に、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６６も起動される。
この結果、図８（ｂ）に示す時刻ｔ５において、出力ポートＰｒ１、Ｐｒ２間に出力電圧４００Ｖが出力される。
【００３９】
＜擬似負荷装置の動作＞
図８（ｃ）に示す時刻ｔ５において、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６の起動が完了すると、制御部７０の出力ポートＰｒ１、Ｐｒ２間に出力電圧４００Ｖが出力され、擬似負荷装置９０の両端子間に４００Ｖの電圧が印加されて３．４０Ａの電流が流れる。
詳しくは、擬似負荷装置９０には、例えば５０個の擬似負荷ユニットが直列に接続されているので、１個の擬似負荷ユニットの両端子Ａ−Ｂ間に印加される電圧ＶＡＢは８Ｖ（＝４００Ｖ／５０個）になる。
ここで、図４を参照して、擬似負荷装置９０に設けられた各擬似負荷ユニットによる動作を説明する。
擬似負荷ユニットにおいて、端子間電圧監視部９４は、端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢを監視し、半導体に流れる電流により制御用電圧Ｖｓを生成して制御用電圧増幅部９６に伝達するとともに、端子Ａ−Ｂ間の電圧ＶＡＢが一定となるよう半導体に流れる電流量を変化させ、制御用電圧増幅部９６に伝達する制御用電圧Ｖｓのレベルを調整する。
制御用電圧増幅部９６は、端子間電圧監視部９４により生成された制御用電圧Ｖｓをｇ倍に増幅して制御用電圧ｇ×Ｖｓを生成して電力消費部９８に伝達する。
電力消費部９８は、制御用電圧増幅部９６で増幅された制御用電圧ｇ×Ｖｓに応じて電力用半導体に所要の電流Ｉｄを流すことで、電力用半導体に電力を消費させる。
【００４０】
これにより、複数の擬似負荷ユニット９２を直列接続した擬似負荷装置９０において、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を消費することができる。
また、電力消費部９８に設けられた電力用半導体に流れる電流Ｉｄに依存することなく、両端子Ａ−Ｂ間に印加される電圧ＶＡＢが一定となるよう半導体に流れる電流の量を調整することができ、複数の擬似負荷ユニット９２を直列接続した擬似負荷装置９０において、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を消費することができる。
【００４１】
＜出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１の起動＞
次に、海底装置２０−１において、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１のみを起動して観測装置１００−１のみに電力を供給する動作について説明する。
例えば、表２に示すように、海底装置２０−１の制御データＤ３＝１、Ｄ４＝０、Ｄ５＝０、Ｄ６＝０に変更すればよい。
【００４２】
【表２】
0006578602.tif 000003
【００４３】
まず、図８（ｄ）に示す時刻ｔ６において、図１に示す陸上制御装置２は、海底装置２０−１を制御するために、海底装置２０−１に固有の装置アドレス（＃００１）及び制御データを海底ケーブル１６−１を介して海底装置２０−１に送信する。
次いで、図２に示す海底装置２０の伝送部４０は、受信した制御データの装置アドレス（＃００１）が当該装置の装置アドレス（＃００１）と一致した場合に、制御データを制御部７０に出力する。図３に示す制御部７０は、伝送部４０から入力された制御データＤ３＝１、Ｄ４＝０、Ｄ５＝０、Ｄ６＝０に基づいて、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１を停止状態から動作状態に切り替える。
【００４４】
詳しくは、図３において、図８（ｄ）に示す時刻ｔ６〜ｔ７において、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１では、伝送部４０から入力された制御データＤ３＝１に基づいて、コンバータが停止状態から起動状態に切り替える。これにより、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１が起動する。
すなわち、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１では、コンバータに設けられたスイッチング素子がＯＮ／ＯＦＦ制御されることにより、１次巻線に生じた磁気エネルギーが２次巻線に電圧を誘起させ、２次巻線の後段に接続された整流平滑回路により直流電圧が発生する。
出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１が起動して直流電圧が出力ポートＰ１から観測装置１００−１に出力され、時刻ｔ６〜ｔ７において、出力ポートＰ１の出力電圧が０Ｖから徐々に３００Ｖまで上昇し、時刻ｔ７において、擬似負荷装置９０に流れていた電流が３．４Ａ〜２．５５Ａに低下する。
【００４５】
すなわち、時刻ｔ７において、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１から出力ポートＰ１を介して観測装置１００−１に出力される直流電圧が３００Ｖに到達して、観測装置１００−１により消費される電力がその規定値に到達した場合に、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１の入力側の端子Ｉ１、Ｉ２の両端の電圧（微小レベルだけ）が降下する。これに応じて、擬似負荷装置９０に流れていた電流が３．４Ａから２．５５Ａに低下する。
この際、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１から出力ポートＰ１に直流電力が供給され、出力ポートＰ１から海底に配置されている観測装置１００−１に電力が供給され、観測装置１００−１において観測が開始される。
【００４６】
＜出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−２の起動＞
次に、海底装置２０−１において、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−２を起動して観測装置１００−２に電力を供給する動作について説明する。
例えば、表２に示す海底装置２０−１についての制御データをＤ３＝１、Ｄ４＝１、Ｄ５＝０、Ｄ６＝０に変更すればよい。
なお、図１に示す陸上制御装置２、図２に示す海底装置２０の伝送部４０、図３に示す制御部７０、図８（ｅ）に示す時刻ｔ８〜ｔ９における出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−２についての動作は、「出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１の起動」についての説明とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
時刻ｔ９において、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−２から出力ポートＰ２を介して観測装置１００−２に出力される直流電圧が３００Ｖに到達して、観測装置１００−２により消費される電力がその規定値に到達した場合に、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−２の入力側の端子Ｉ１、Ｉ２の両端の電圧（微小レベルだけ）が降下する。これに応じて、擬似負荷装置９０に流れていた電流が２．５５Ａから１．７０Ａに低下する。
【００４７】
＜出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−３の起動＞
次に、海底装置２０−１において、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−３を起動して観測装置１００−３に電力を供給する動作について説明する。
例えば、表２に示す海底装置２０−１についての制御データをＤ３＝１、Ｄ４＝１、Ｄ５＝１、Ｄ６＝０に変更すればよい。
なお、図１に示す陸上制御装置２、図２に示す海底装置２０の伝送部４０、図３に示す制御部７０、図８（ｆ）に示す時刻ｔ１０〜ｔ１１における出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−３についての動作は、「出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−２の起動」についての説明とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
時刻ｔ１１において、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−３から出力ポートＰ２を介して観測装置１００−３に出力される直流電圧が３００Ｖに到達して、観測装置１００−３により消費される電力がその規定値に到達した場合に、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−３の入力側の端子Ｉ１、Ｉ２の両端の電圧（微小レベルだけ）が降下する。これに応じて、擬似負荷装置９０に流れていた電流が１．７０Ａから０．８５Ａに低下する。
【００４８】
＜出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−４の起動＞
次に、海底装置２０−１において、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−４を起動して観測装置１００−３に電力を供給する動作について説明する。
例えば、表２に示す海底装置２０−１についての制御データをＤ３＝１、Ｄ４＝１、Ｄ５＝１、Ｄ６＝１に変更すればよい。
なお、図１に示す陸上制御装置２、図２に示す海底装置２０の伝送部４０、図３に示す制御部７０、図８（ｇ）に示す時刻ｔ１２〜ｔ１３における出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−４についての動作は、「出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−２の起動」についての説明とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
時刻ｔ１３において、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−４から出力ポートＰ４を介して観測装置１００−４に出力される直流電圧が３００Ｖに到達して、観測装置１００−４により消費される電力がその規定値に到達した場合に、出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−４の入力側の端子Ｉ１、Ｉ２の両端の電圧（微小レベルだけ）が降下する。これに応じて、擬似負荷装置９０に流れていた電流が０．８５Ａから０．００Ａに低下する。
【００４９】
これにより、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を擬似負荷装置において消費することができ、簡単な構成で消費されなくなった余剰電力を消費することが可能な電力供給システムを提供することができる。
また、非給電状態から給電状態に切り替わった観測装置において消費されるようになった電力として、擬似負荷装置において消費されていた電力から充当することができ、簡単な構成で観測装置と擬似負荷装置との間での余剰電力に関する授受を容易に行うことが可能な電力供給システムを提供することができる。
【００５０】
＜第２実施形態＞
図９は、本発明の第２実施形態に係る電力供給システム１に用いる擬似負荷装置９０の１単位である擬似負荷ユニットを表すブロック図である。
図９に示すように、擬似負荷ユニット９２−ｋの端子Ａは擬似負荷ユニット９２−（ｋ−１）の端子Ｂに接続され、擬似負荷ユニット９２−ｋの端子Ｂは擬似負荷ユニット９２−（ｋ＋１）の端子Ａに接続されている。
図９に示すように、擬似負荷ユニット９２−ｋは、端子間電圧監視部１０４、制御用電圧生成部１０６、電力消費部１０８を備え、各部は端子Ａ−Ｂ間に並列に接続されている。
端子間電圧監視部１０４は、端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢを監視するために用いる半導体、電圧制御に用いる電圧制御用半導体、及び電圧制御用半導体に付随する受動部品により構成され、端子Ａ−Ｂ間の電圧ＶＡＢを監視し、電力消費部１０８に流れる電流Ｉｄに依存することなく、端子Ａ−Ｂ間の電圧ＶＡＢを一定とするために監視電圧Ｖｗを生成して、制御用電圧生成部１０６に伝達する。
制御用電圧生成部１０６は、信号増幅に用いる信号増幅用半導体、及び信号増幅用半導体に付随する受動部品により構成され、端子間電圧監視部１０４により生成された監視電圧Ｖｗをｇ倍に増幅して、所要の制御用電圧ｇ×Ｖｗを生成して電力消費部１０８に供給する。
電力消費部１０８は、電力用の半導体で構成され、制御用電圧生成部１０６により生成された制御用電圧ｇ×Ｖｗに応じて電力用半導体に所要の電流を流すことで、電力用半導体において電力を消費させる。なお、電力消費部１０８に設けられた電力用半導体は、パワートランジスタ、電界効果トランジスタ、ＩＧＢＴのうち何れか１つを用いればよい。
【００５１】
次に、図９に示す擬似負荷ユニット９２−ｋの動作について説明する。
端子間電圧監視部１０４は、端子Ａ−Ｂ間の電圧ＶＡＢを監視し、電力消費部１０８に流れる電流Ｉｄに依存することなく、端子Ａ−Ｂ間の電圧ＶＡＢを一定とするために監視電圧Ｖｗを生成して、制御用電圧生成部１０６に伝達する。
制御用電圧生成部１０６は、端子間電圧監視部１０４から受けた監視電圧Ｖｗをｇ倍に増幅して、所要の制御用電圧ｇ×Ｖｗを生成して電力消費部１０８に供給する。
電力消費部１０８は、電力用の半導体で構成され、制御用電圧生成部１０６により生成された制御用電圧ｇ×Ｖｗに応じて電力用半導体に所要の電流を流すことで、電力用半導体において電力を消費させる。
このように、両端子Ａ−Ｂ間に印加される電圧ＶＡＢが８Ｖである擬似負荷ユニットを例えば５０個だけ直列に接続するようにして擬似負荷装置９０を構成する。
【００５２】
これにより、複数の擬似負荷ユニット９２を直列接続した擬似負荷装置９０において、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を消費することができる。
また、電力消費部１０８に設けられた電力用半導体に流れる電流Ｉｄに依存することなく、両端子Ａ−Ｂ間に印加される電圧ＶＡＢが一定となるよう半導体に流れる電流の量を調整することができ、複数の擬似負荷ユニット９２を直列接続した擬似負荷装置９０において、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を消費することができる。
【００５３】
＜第３実施形態＞
図１０は、本発明の第３実施形態に係る電力供給システム１に用いる擬似負荷装置９０の１単位である擬似負荷ユニットを表すブロック図である。
図１０に示すように、擬似負荷ユニット９２−ｋの端子Ａは擬似負荷ユニット９２−（ｋ−１）の端子Ｂに接続され、擬似負荷ユニット９２−ｋの端子Ｂは擬似負荷ユニット９２−（ｋ＋１）の端子Ａに接続されている。
擬似負荷ユニット９２−ｋは、制御部１１４、増幅部１１６、電力消費部１１８を備え、各部は端子Ａ−Ｂ間に並列に接続されている。
制御部１１４は、電圧制御に用いる電圧制御用半導体、及びそれに付随する受動部品により構成され、端子Ａ−Ｂ間に印加される電圧ＶＡＢを監視し、電力消費部１１８に流れる電流に依存することなく、端子Ａ−Ｂ間の電圧ＶＡＢが一定となるよう制御用電圧Ｖｓを生成して増幅部１１６に伝達する。
増幅部１１６は、信号増幅に用いる信号増幅用半導体、及び信号増幅に付随する受動部品により構成され、制御部１１４により生成された制御用電圧をｇ倍に増幅して制御用電圧ｇ×Ｖｓを生成して電力消費部１１８に伝達する。
電力消費部１１８は、電力用半導体により構成され、増幅部１１６により生成された制御用電圧ｇ×Ｖｓに応じて電力半導体に電流を流すことで、電力用半導体において電力を消費させる。なお、電力消費部９８に設けられた電力用半導体は、パワートランジスタ、電界効果トランジスタ、ＩＧＢＴのうち何れか１つを用いればよい。
【００５４】
次に、図１０に示す擬似負荷ユニット９２−ｋの動作について説明する。
制御部１１４は、端子Ａ−Ｂ間に印加される電圧ＶＡＢを監視し、電力消費部１１８に流れる電流に依存することなく、端子Ａ−Ｂ間の電圧ＶＡＢが一定となるよう制御用電圧Ｖｓを増幅部１１６に伝達する。
増幅部１１６は、制御部１１４から受けた制御用電圧をｇ倍に増幅して制御用電圧ｇ×Ｖｓを電力消費部１１８に伝達する。
電力消費部１１８は、増幅部１１６から受けた制御用電圧ｇ×Ｖｓに応じて電力半導体に電流を流すことで、電力用半導体において電力を消費させる。
このように、両端子Ａ−Ｂ間に印加される電圧ＶＡＢが８Ｖである擬似負荷ユニットを例えば５０個だけ直列に接続するようにして擬似負荷装置９０を構成する。
【００５５】
これにより、複数の擬似負荷ユニット９２を直列接続した擬似負荷装置９０において、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を消費することができる。
また、電力消費部１１８に設けられた電力用半導体に流れる電流Ｉｄに依存することなく、両端子Ａ−Ｂ間に印加される電圧ＶＡＢが一定となるよう半導体に流れる電流の量を調整することができ、複数の擬似負荷ユニット９２を直列接続した擬似負荷装置９０において、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を消費することができる。
【００５６】
＜第４実施形態＞
図１１は、本発明の第４実施形態に係る電力供給システム１に備えられた海底装置２０の構成について説明するためのブロック図である。なお、図１１に示す符号のうち、図２に示す符号と同一のものについては同様の構成であるので、その説明を省略する。
第４実施形態に係る海底装置２０は、擬似負荷装置９０を受電部６０に接続した点において、擬似負荷装置９０を制御部７０に接続した第１実施形態と異なっている。
詳しくは、擬似負荷装置９０は、給電路パスリレー６２の両接点に出力ポートＰｒ１、Ｐｒ２を介して接続されている。
【００５７】
図１２は、本発明の第４実施形態に係る電力供給システム１において用いられる、図１１に示すメインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６と出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ７２−１〜７２−４とのより詳細な接続関係について説明するためのブロック図である。
詳しくは、擬似負荷装置９０は、給電路３２ｂ、３２ｄに接続されており、かつメインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６の１次側に接続されており、陸上制御装置４による制御に応じて、給電路パスリレー６２の接点、スイッチＳＷ６５、又は／及びスイッチＳＷ６７の接点が閉結状態から開放状態に切り替えられた場合に、出力部８０の各ポートＰ１〜Ｐ４に接続可能な観測装置１００−１〜１００−４において消費できなかった余剰電力を擬似負荷装置９０が消費することができる。
【００５８】
これにより、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を擬似負荷装置において消費することができ、簡単な構成で消費されなくなった余剰電力を消費することが可能な電力供給システムを提供することができる。
また、非給電状態から給電状態に切り替わった観測装置において消費されるようになった電力として、擬似負荷装置において消費されていた電力から充当することができ、簡単な構成で観測装置と擬似負荷装置との間での余剰電力に関する授受を容易に行うことが可能な電力供給システムを提供することができる。
【００５９】
＜発明の効果＞
本発明の疑似負荷ユニットは、端子間電圧監視部、制御用電圧増幅部、電力消費部を半導体素子とこれに付随する受動素子とによって構成されており、それぞれのブロックを精度良く設計し、製造（調整）することが可能である。
よって、特性バラツキが少ない疑似負荷ユニットを比較的安価に実現できるので、多段接続する場合であっても、想定通りの特性を得ることができる。この点で、従来技術に使用されたツェナーダイオードを多段接続する構成よりも特性上の優位性がある。
また、本発明の疑似負荷ユニットは、端子間電圧監視部、制御用電圧増幅部、電力消費部により構成されているため、従来技術のように単にツェナーダイオードに余剰電力を消費させる構成よりも、格段に電圧安定性に優れているという長所がある。
【００６０】
＜本発明の実施態様例の構成、作用、効果＞
＜第１態様＞
本態様の電力供給システム１は、陸上給電装置１０（給電手段）と陸上制御装置２（制御手段）とを有する親装置と、親装置から海底ケーブル１６を介して接続された海底装置２０（子装置）と、を備えた電力供給システム１であって、海底装置２０（子装置）は、１次側に供給される第１直流電力を第２直流電力に変換して２次側に出力するメインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６（直流電力変換部）と、第２直流電力を擬似負荷装置９０、及び少なくとも１つの観測装置１００（機器）に分配する制御部７０（電力分配部）及び出力部８０と、を備え、擬似負荷装置９０は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６の１次側または２次側に接続され、制御部７０及び出力部８０に接続される観測装置１００の台数の増減に応じて、第１直流電力または第２直流電力のうちの余剰電力を消費することを特徴とする。
本態様によれば、海底装置２０（子装置）は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６が１次側に供給される第１直流電力を第２直流電力に変換して２次側に出力し、制御部７０及び出力部８０が第２直流電力を擬似負荷装置９０、及び少なくとも１つの観測装置１００（機器）に分配し、擬似負荷装置９０がメインＤＣ／ＤＣコンバータ６４、６６の１次側または２次側に接続され、制御部７０及び出力部８０に接続される観測装置１００の台数の増減に応じて、第１直流電力または第２直流電力のうちの余剰電力を消費する。
これにより、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を擬似負荷装置において消費することができ、簡単な構成で消費されなくなった余剰電力を消費することが可能な電力供給システムを提供することができる。
また、非給電状態から給電状態に切り替わった観測装置において消費されるようになった電力として、擬似負荷装置において消費されていた電力から充当することができ、簡単な構成で観測装置と擬似負荷装置との間での余剰電力に関する授受を容易に行うことが可能な電力供給システムを提供することができる。
【００６１】
＜第２態様＞
本態様の擬似負荷装置９０は、直列接続された複数の擬似負荷ユニット９２を備え、各擬似負荷ユニット９２は、当該擬似負荷ユニット９２の両端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢを監視して制御用電圧Ｖｓを生成するとともに、両端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢが一定になるように制御用電圧Ｖｓのレベルを調整する端子間電圧監視部９４と、端子間電圧監視部９４により生成された制御用電圧Ｖｓをｇ倍に増幅して制御用電圧ｇ×Ｖｓを生成する制御用電圧増幅部９６と、制御用電圧増幅部９６により生成された制御用電圧ｇ×Ｖｓに応じて電力用半導体に所要の電流Ｉｄを流すことにより電力用半導体に電力を消費させる電力消費部９８と、を備えたことを特徴とする。
本態様によれば、各擬似負荷ユニット９２は、端子間電圧監視部９４が当該擬似負荷ユニット９２の両端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢを監視して制御用電圧Ｖｓを生成するとともに、両端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢが一定になるように制御用電圧Ｖｓのレベルを調整し、制御用電圧増幅部９６が端子間電圧監視部９４により生成された制御用電圧Ｖｓをｇ倍に増幅して制御用電圧ｇ×Ｖｓを生成し、電力消費部９８が制御用電圧増幅部９６により生成された制御用電圧ｇ×Ｖｓに応じて電力用半導体に所要の電流Ｉｄを流すことにより電力用半導体に電力を消費させる。
これにより、複数の擬似負荷ユニット９２を直列接続した擬似負荷装置９０において、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を消費することができる。
また、非給電状態から給電状態に切り替わった観測装置において消費されるようになった電力として、擬似負荷装置において消費されていた電力から充当することができ、簡単な構成で観測装置と擬似負荷装置との間での余剰電力に関する授受を容易に行うことができる。
【００６２】
＜第３態様＞
本態様の端子間電圧監視部９４は、両端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢを監視するための半導体を有し、電力消費部９８に設けられた電力用半導体に流れる電流Ｉｄに依存することなく、両端子Ａ−Ｂ間に印加される電圧ＶＡＢが一定となるよう半導体に流れる電流の量を調整することにより、制御用電圧Ｖｓを生成することを特徴とする。
本態様によれば、端子間電圧監視部９４は、両端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢを監視するための半導体を有し、電力消費部９８に設けられた電力用半導体に流れる電流Ｉｄに依存することなく、両端子Ａ−Ｂ間に印加される電圧ＶＡＢが一定となるよう半導体に流れる電流の量を調整することにより、制御用電圧Ｖｓを生成する。
これにより、電力消費部９８に設けられた電力用半導体に流れる電流Ｉｄに依存することなく、両端子Ａ−Ｂ間に印加される電圧ＶＡＢが一定となるよう半導体に流れる電流の量を調整することができ、複数の擬似負荷ユニット９２を直列接続した擬似負荷装置９０において、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を消費することができる。
【００６３】
＜第４態様＞
本態様の電力用半導体は、トランジスタ、電界効果トランジスタ、ＩＧＢＴの何れか１つであることを特徴とする。
本態様によれば、電力用半導体が、トランジスタ、電界効果トランジスタ、ＩＧＢＴの何れか１つであることで、両端子間に印加されている電力を電力用半導体において消費することができる。
これにより、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を擬似負荷装置において消費することができる。
【００６４】
＜第５態様＞
本態様の擬似負荷装置９０は、制御部７０（電力分配部）に接続される観測装置１００（機器）の台数が増加した場合に当該擬似負荷装置９０に流れる電流が低減し、制御部７０に接続される観測装置１００（機器）の台数が低下した場合に当該擬似負荷装置９０に流れる電流が増加することを特徴とする。
本態様によれば、擬似負荷装置９０は、制御部７０に接続される観測装置１００の台数が増加した場合に当該擬似負荷装置９０に流れる電流が低減し、制御部７０に接続される観測装置１００の台数が低下した場合に当該擬似負荷装置９０に流れる電流が増加する。
この結果、擬似負荷装置９０は、観測装置１００の台数の増減に応じて、余剰電力を消費することができる。
これにより、制御部７０に接続される観測装置１００の台数が低下した場合に、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置１００において消費されなくなった余剰電力を擬似負荷装置において消費することができ、簡単な構成で消費されなくなった余剰電力を消費することが可能な電力供給システムを提供することができる。
また、制御部７０に接続される観測装置１００の台数が増加した場合に、非給電状態から給電状態に切り替わった観測装置１００において消費されるようになった電力として、擬似負荷装置において消費されていた電力から充当することができ、簡単な構成で観測装置と擬似負荷装置との間での余剰電力に関する授受を容易に行うことが可能な電力供給システムを提供することができる。
【００６５】
＜第６態様＞
本態様の擬似負荷装置９０は、直列接続された複数の擬似負荷ユニット９２を備えた擬似負荷装置であって、各擬似負荷ユニット９２は、当該擬似負荷ユニット９２の両端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢを監視して制御用電圧Ｖｓを生成するとともに、両端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢが一定になるように制御用電圧Ｖｓのレベルを調整する端子間電圧監視部９４と、端子間電圧監視部９４により生成された制御用電圧Ｖｓをｇ倍に増幅して制御用電圧ｇ×Ｖｓを生成する制御用電圧増幅部９６と、制御用電圧増幅部９６により生成された制御用電圧ｇ×Ｖｓに応じて電力用半導体に所要の電流Ｉｄを流すことにより電力用半導体に電力を消費させる電力消費部９８と、を備えたことを特徴とする。
本態様によれば、各擬似負荷ユニット９２は、端子間電圧監視部９４が当該擬似負荷ユニット９２の両端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢを監視して制御用電圧Ｖｓを生成するとともに、両端子Ａ−Ｂ間に印加されている電圧ＶＡＢが一定になるように制御用電圧Ｖｓのレベルを調整し、制御用電圧増幅部９６が端子間電圧監視部９４により生成された制御用電圧Ｖｓをｇ倍に増幅して制御用電圧ｇ×Ｖｓを生成し、電力消費部９８が制御用電圧増幅部９６により生成された制御用電圧ｇ×Ｖｓに応じて電力用半導体に所要の電流Ｉｄを流すことにより電力用半導体に電力を消費させる。
これにより、複数の擬似負荷ユニット９２を直列接続した擬似負荷装置９０において、給電状態から非給電状態に切り替わった観測装置において消費されなくなった余剰電力を消費することができる。
また、非給電状態から給電状態に切り替わった観測装置において消費されるようになった電力として、擬似負荷装置において消費されていた電力から充当することができ、簡単な構成で観測装置と擬似負荷装置との間での余剰電力に関する授受を容易に行うことができる。
【００６６】
以上、本発明を陸上の親装置と海底の子装置とを海底ケーブルを介して接続したものを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、火山の火口付近に設置した噴火監視装置に電力供給する場合や、ダムの水位監視装置に電力供給する場合など、人里離れた遠隔地に設置された子装置に電力供給するあらゆる場面に適用可能である。
また、陸上での電力供給に関し、各家庭、もしくは、各家庭の部屋に直流方式（ＤＣ）で電力を供給するシステムにも適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１…電力供給システム、２…陸上制御装置（制御手段）、４…制御ケーブル、１０…陸上給電装置（給電手段）、１１…アース、１２…電力線、１６…海底ケーブル、２０…海底装置（子装置）、２２…機能シーアース、４０…伝送部、４２…ケーブル、６２…給電路パスリレー、６４、６６…メインＤＣ／ＤＣコンバータ、６５、６７…スイッチＳＷ、５０…駆動電源部、６０…受電部、７０…制御部、７２…出力用ＤＣ／ＤＣコンバータ、８０…出力部、９０…擬似負荷装置、９２…擬似負荷ユニット、９４、１０４…端子間電圧監視部、９６…制御用電圧増幅部、９８、１０８、１１８…電力消費部、１００…観測装置、１０６…制御用電圧生成部、１１４…制御部、１１６…増幅部
【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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