(57)【要約】【課題】直流多端子配電システムや装置で装置故障や配電線事故が発生した場合にも過大な事故電流を流すことなく安定して運転の行える直流多端子配電システムを提供する。【解決手段】装置故障や配電線事故が発生した場合にも過大な事故電流を流すことなく安定して運転が行えるようにするために、絶縁形直流／直流変換装置の交流回路に電流共振回路を入れ、電流を高周波振動させて電流の零点をつくり、該変換装置で事故電流を遮断する。また、絶縁形直流／直流変換装置において、変換装置の回路損失を更に小さくするため高周波変圧器の高圧側で交流電流を高周波で共振させる。更に、直流配電システムの事故時に、絶縁形直流／直流変換装置を用いて事故電流を遮断し、電流が零となったときに断路器によって切離し、健全部分を再起動する。【選択図】図１
2008029044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電源を直流／直流変換装置または交流／直流変換装置を介して直流配電システム
に繋ぎ、該直流配電システムから複数の直流／直流変換装置または直流／交流変換装置を
介して負荷に接続して構成される直流多端子配電システムにおいて、
前記直流／直流変換装置を絶縁形の直流／直流変換装置とし、更に、直流／直流変換装
置は直流／交流／直流変換を行い、中間の交流回路に共振回路を入れて高周波の共振電流
を流し、高周波変圧器で昇降圧すると共に絶縁をとり、交流／直流変換を介して直流を得
る絶縁形の直流／直流変換装置を備えていることを特徴とする直流多端子配電システム。
【請求項２】
請求項１記載の直流多端子配電システムにおいて、
前記絶縁形の直流／直流変換装置における中間の交流回路の高周波変圧器の高圧側の交
流電流を高周波で共振させ、高周波変圧器で降圧するとともに絶縁をとり、前記交流／直
流変換器を介して直流を得る直流／直流変換装置を備えていることを特徴とする直流多端
子配電システム。
【請求項３】
直流配電システムの事故時に、請求項１または請求項２記載の絶縁形の直流／直流変換
装置を用いて中間の交流回路で事故電流を遮断し、電流が零となったときに断路器によっ
て切離し、健全部分を再起動することを特徴とする直流多端子配電システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直流多端子配電システムとその運転方法に係り、特に、直流配電線の事故時の
保護に好適な直流多端子配電システムとその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電システムや燃料電池等を使用した直流出力の分散電源の導入が進めら
れている。
【０００３】
一方、ＩＴ技術の進展に伴ってデータセンター等の直流負荷が増加しつつある。これら
の分散電源や負荷は、既設の交流送電設備を使って電力の需給が行われるため、電源側で
は直流を交流に変換する直流／交流変換装置、負荷側では交流を直流に変換する交流／直
流変換装置が使われている。
【０００４】
しかし、分散電源の直流出力を、直接直流負荷に電力供給できる直流多端子配電システ
ムが実現できれば、直流を交流、交流を直流に変換するプロセスが省略でき、効率の良い
電力給電が行えると考えられる。
【０００５】
直流多端子配電システムを実現するためには、これら分散電源または負荷を直流配電系
統に接続する必要があり、負荷や分散電源の電圧を直流配電系統の電圧にレベル変換する
インターフェース、即ち、高圧大容量の直流・直流変換装置（ＤＣ／ＤＣコンディショナ
ー）や装置保護のための直流遮断器の開発が必要である。
【０００６】
また、装置故障時や配電線事故時の保護方式を確立しておく必要がある。例えば特開
２００６−１４４５６号公報には、直流多端子配電システムについて記載されている。
【０００７】
このような、直流多端子配電システム構成の構想例を図５に示す。
【０００８】
該図において、１は既設の交流系統、１０は変圧器、１１は交流／直流変換装置、２は
燃料電池、２１は直流／直流変換装置、３はマイクロガスタービンや風力発電設備等の分
散電源、３１は交流／直流変換装置、４はキャパシタ等のエネルギー蓄積装置、４１は直
流／直流変換装置、５は負荷、５１は負荷５が直流負荷の場合は直流／直流変換装置、交
流負荷の場合は直流／交流変換装置、１２，１３，２２，２３，３２，３３，４２，４３
，５２，５３は、各装置を故障装置や配電線事故から切離すための直流遮断器である。
【０００９】
情報機器等の直流給電には高信頼性が要求されるため、このような直流多端子配電シス
テムでは、配電線は２回線構成が考えられている。配電線６，７はこのためのものである
。
【００１０】
例えば配電線６のｆ点で地絡事故が発生した場合は、配電線６に繋がった直流遮断器を
開放し、配電線７で負荷に継続的に直流給電を行う。また、分散電源の最大限の活用を図
り、既設交流系統との電力の遣り取りを極力行わない運転が行われる。
【００１１】
直流／直流変換装置として燃料電池２を例にとったチョッパーの構成例を図６に示す。
【００１２】
該図において、２１０１，２１０２はエネルギーを蓄えるリアクトル及びコンデンサ、
２１１は充電用、２１２は放電用のスイッチ回路を示す。
【００１３】
このような回路は、簡単で安価となるメリットはあるが、直流多端子配電システム（配
電線）と装置（燃料電池）との絶縁が取れないことや配電線や燃料電池で事故が発生する
と事故電流が流れる問題がある。
【００１４】
このため、図７に示す変圧器を変換装置間に持った両方向制御が行える絶縁型直流／直
流変換装置が考えられている。
【００１５】
該図において、２１３，２１４は交流／直流または直流／交流変換装置、２１５は高周
波用変圧器、２１６，２１７は電圧平滑用のコンデンサ、２２０は変換装置の制御装置で
ある。
【００１６】
この構成により、直流多端子配電システム（配電線）と装置（燃料電池）間の絶縁は取
れるが、配電線や燃料電池で事故が発生すると、直流遮断器が動作するまでの間に変圧器
が飽和し過大な事故電流が流れることが考えられ、直流遮断器の電流遮断責務も大きくな
ることが懸念される。
【００１７】
【特許文献１】特開平４−２９５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
このように、直流／直流変換装置として燃料電池を例にとったチョッパーの構成例では
、簡単で安価となるメリットはあるが、直流多端子配電システム（配電線）と装置（燃料
電池）との絶縁が取れないことや配電線や燃料電池で事故が発生すると事故電流が流れる
問題があり、また、変圧器を変換装置間に持った両方向制御が行える絶縁型直流／直流変
換装置では、直流多端子配電システム（配電線）と装置（燃料電池）間の絶縁は取れるが
、配電線や燃料電池で事故が発生すると、直流遮断器が動作するまでの間に変圧器が飽和
し過大な事故電流が流れることが考えられ、直流遮断器の電流遮断責務も大きくなること
が懸念されるという問題がある。
【００１９】
本発明の目的は、上記した従来考えられている直流多端子配電システムの問題点を除去
し、直流多端子配電システムで装置故障や配電線事故が発生した場合にも、過大な事故電
流を流すことなく安定して運転の行える直流多端子配電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】
【００２０】
本発明では、直流多端子配電システムで装置故障や配電線事故が発生した場合にも、過
大な事故電流を流すことなく安定して運転が行えるようにするために、絶縁型直流／直流
変換装置の交流回路に電流共振回路を入れ、電流を振動させて電流の零点をつくり、変換
装置で事故電流を遮断することで、事故電流を絶縁型直流／直流変換装置で遮断するため
、直流多端子配電システムと各装置間等に設置された直流遮断器の設置を省くようにした
ものである。
【００２１】
また、絶縁形直流／直流変換装置において、変換装置の回路損失を更に小さくするため
、高周波変圧器の高圧側で交流電流を共振させ降圧し、更に、直流配電システムの事故時
に、絶縁形直流／直流変換装置を用いて事故電流を遮断し、電流が零となったときに事故
点を断路器によって切離し、健全部分を再起動するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、直流多端子配電システムで装置故障や配電線事故が発生した場合にも、過大
な事故電流を流すことなく安定して運転が行え、また、直流多端子配電システムと各装置
間等に設置された直流遮断器の電流遮断責務を軽減できるとともに、場合によっては直流
遮断器の設置を省くことができ、低コストな直流多端子配電システムが得られる。
【００２３】
また、交流回路に共振電流を流すことで、電流の零点が作られるので、変換装置のスイ
ッチング素子で電流を切る必要がなくなり、スイッチング素子の損失を小さくできる。こ
の結果、直流／直流変換装置の運転効率を高めることができ、延いては直流多端子配電シ
ステムの高効率運転が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
直流多端子配電システムで装置故障や配電線事故が発生した場合にも、過大な事故電流
を流すことなく安定して運転の行うという目的を、簡単な構成で実現した。
【実施例１】
【００２５】
本発明を実施するための第１の実施例を図１に示す。図５と同じ番号のものは同じ機能
を表すので、異なったものについて説明する。
【００２６】
図１において、１４は電力系統に機器や装置が接続される場合に挿入される交流遮断器
、３４は分散電源３に設置される遮断器、１５，１６，２５，２６，３５，３６，４５，
４６，５５，５６は、直流回路に設置される直流多端子配電システム（配電線）から機器
や装置を切離す断路器である。
【００２７】
今、配電線路６のｆ点で地絡事故が発生した場合を考えると、絶縁型の直流／直流変換
装置２１，４１，５１及び交流／直流変換装置１１，３１を一旦停止し、配電線路の直流
電流を零にする。直流電流が零になった時点で事故区間の配電線を断路器で切離す。その
後に健全な配電線を使って再度、絶縁型の直流／直流変換装置２１，４１，５１及び交流
／直流変換装置１１，３１を起動して電力給電が行われる。
【００２８】
一般に、配電線路に使用されるケーブルは、一旦地絡事故が発生すると再使用は難しく
取り替えが行われる。
【００２９】
一方、直流遮断器は、電流を遮断するが断路器は電流を遮断しないため、装置が小さく
コストが安くて済む特徴があり、従来考えられている図５に示した直流多端子配電システ
ムに比べて、高価な直流遮断器が必要ないので低コストなシステム構成ができる。
【００３０】
また、以下で詳細を説明するが、絶縁型直流／直流変換装置は、スイッチング素子のス
イッチングを電流が零で行うので、スイッチング損失を小さくでき、しいては絶縁型直流
／直流変換装置の高効率運転が行える。
【００３１】
図２に本発明の直流多端子配電システムの運転を可能にするための絶縁型直流／直流変
換装置の構成を示す。
【００３２】
図７と同じ番号のものは同じ機能を表すので追加した機能について説明すると、2130は
コンデンサとリアクトルの直列回路からなる共振回路で、直流／交流変換装置２１３（こ
こでは２１３を直流／交流変換装置として説明し、２１４を交流／直流変換装置として説
明するが、逆でもかまわない）にコンデンサと変圧器の漏れリアクタンスとリアクトルで
決まる高周波共振周波数の電流を流す。
【００３３】
図３は、この動作説明図である。この場合、直流／交流変換装置２１３のブリッジの異
なるアームの上下のスイッチ素子がオン（ｔ１）すると、高周波用変圧器２１５に配電線
の直流電圧が印加され電流が流れる。電流は共振回路２１３０によって高周波振動し反転
した時点（ｔ２）で切れる。オン信号は電流が前もって設定された値以下となったときに
停止する。電流が切れた後、ｔ３で今度は直流／交流変換装置２１３のブリッジの残りの
アームの上下のスイッチ素子がオン（ｔ３）すると、高周波用変圧器２１５には今とは逆
の配電線の直流電圧が印加され、逆向きの電流が流れる。先程と同様に、電流は共振回路
２１３０によって高周波振動し電流が反転した時点（ｔ４）で切れる。この動作を繰り返
して高周波用変圧器２１５の２次側の平滑用コンデンサ２１６に、交流／直流変換装置２
１４によって整流された直流電圧が得られる。
【００３４】
出力の直流電圧の大きさは、変圧器の一次と二次の巻線の比によって大きく変えられる
が、直流／交流変換装置２１３の上下アームの導通期間の周波数(回数)、図３では（ｔ１
〜ｔ３）の時間幅を変えることによっても変えられ、周波数が高くなるとインバータの出
力電圧が高くなりたくさんの電流が流れて直流電圧が高くなる。この周波数は、例えば直
流電圧を規定の値に制御する等の機能をもたせた制御装置２２０によって決定される。
【００３５】
以上述べたように、直流／交流変換装置２１３には共振回路に応じた高周波の交流電流
が流れ、電流が逆向きになろうとしたときに電流が切れるので、スイッチング素子により
必ず電流を切ることができる。電流を切る動作は、スイッチング素子に流れる電流が前も
って設定された電流値以下となった場合にスイッチング素子へのオン信号を停止すること
によって行う。
【実施例２】
【００３６】
図４に本発明の直流多端子配電システムの運転を可能にするための絶縁型直流／直流変
換装置の他の構成を示す。
【００３７】
図７と同じ番号のものは同じ機能を表すので追加した新しい機能について説明すると、
２１４０はコンデンサとリアクトルの直列回路からなる共振回路で、直流／交流変換装置
２１４にコンデンサと変圧器の漏れリアクタンスとリアクトルで決まる共振周波数の高周
波の交流電流を流す。動作は図２の場合と同様である。
【００３８】
この場合も直流／交流変換装置２１４には共振回路に応じた高周波の交流電流が流れ、
電流が逆向きになろうとしたときに電流が切れるので、スイッチング素子により必ず電流
を切ることができる。
【００３９】
なお、絶縁形直流／直流変換装置において、高周波変圧器の高圧側で交流電流を高周波
共振させるのが、同じ容量に対してスイッチング素子の電圧が高いので電流が小さくてす
み、変換装置の回路損失を更に小さくできるメリットがある。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
分散電源の導入やＩＴ技術が進展する状況において、直流多端子配電システムの実現は
効率のよい給電システムであるので地球環境上も好ましく、今後適用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の直流多端子配電システムの一実施例を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の直流多端子配電システムに採用される絶縁形直流／直流変換装置を示す回路構成図である。
【図３】図２における動作説明のための電圧・電流波形図である。
【図４】絶縁形直流／直流変換装置の他の実施例を示す回路構成図である。
【図５】従来の直流多端子配電システムを示すシステム構成図である。
【図６】従来の直流多端子配電システムに採用されるチョッパー形の直流／直流変換装置を示す回路構成図である。
【図７】従来の直流多端子配電システムに採用される絶縁形直流／直流変換装置を示す回路構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…交流系統、２…燃料電池、３…分散電源、４…エネルギー蓄積装置、５…負荷、
１０…変圧器、１１，３１…交流／直流変換装置、１２，１３，２２，２３，３２，３３
，４２，４３，５２，５３…直流遮断器、２１,４１,５１…直流／直流変換装置、２１１
…充電用スイッチ回路、２１２…放電用スイッチ回路、２１３，２１４…交流／直流また
は直流／交流変換装置、２１５…高周波用変圧器、２１６，２１７…電圧平滑用のコンデ
ンサ、２２０…制御装置、２１０１…リアクトル、２１０２…コンデンサ、２１３０，
２１４０…共振回路。
【図１】
2008029044.tif 000003
【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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