(57)【要約】【課題】整流器ユニットの効率低下による電力損失を低減するとともに、無負荷状態の整流器ユニットへの通電による無負荷損を低減する。【解決手段】本発明の直流給電システムは、互いに並列に接続され、各々が商用電源１またはエンジン発電機２からの交流電力を直流電力に変換する複数台の整流器ユニット４1〜４nを含む整流装置３と、整流装置３の総出力電流に基づいて、整流器ユニットの最適な運転台数を決定し、複数台の整流器ユニット４1〜４nのうち最適な運転台数分の整流器ユニットに対して運転命令を出力する運転台数決定回路５１と、を有する。【選択図】図１
2009195079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並列に接続され、各々が交流電力源からの交流電力を直流電力に変換する複数台の整流器ユニットを含む整流装置と、
前記整流装置の総出力電流を検出する出力検出部と、
前記出力検出部にて検出された前記整流装置の総出力電流に基づいて、前記整流器ユニットの運転台数を決定する最適運転台数決定部と、
前記複数台の整流器ユニットのうち、前記最適運転台数決定部にて決定された運転台数分の整流器ユニットに対して運転命令を出力する命令部と、を有する直流給電システム。
【請求項２】
前記複数台の整流器ユニットの各々の電流−効率特性を表す効率曲線データを記憶する効率曲線データ記憶部をさらに有し、
前記最適運転台数決定部は、前記出力検出部にて検出された前記整流装置の現在の総出力電流と、前記効率曲線データ記憶部に記憶された前記複数台の整流器ユニットの各々の効率曲線データとを比較することにより、前記整流器ユニットの運転台数を決定する、請求項１に記載の直流給電システム。
【請求項３】
前記最適運転台数決定部は、前記出力検出部にて検出された前記整流装置の現在の総出力電流と、前記複数台の整流器ユニットの各々の定格電流とを比較することにより、前記整流器ユニットの運転台数を決定する、請求項１に記載の直流給電システム。
【請求項４】
前記複数台の整流器ユニットの各々は、
前記交流電力源に接続され、前記命令部から前記運転命令を受けた場合に閉状態になるスイッチと、
前記スイッチの後段に配置され、前記スイッチが閉状態になった場合に前記交流電力源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の直流給電システム。
【請求項５】
互いに並列に接続され、各々が交流電力源からの交流電力を直流電力に変換する複数台の整流器ユニットを含む整流装置を備える直流給電システムの制御方法であって、
前記整流装置の総出力電流を検出する検出ステップと、
前記検出された前記整流装置の総出力電流に基づいて、前記整流器ユニットの運転台数を決定する決定ステップと、
前記複数台の整流器ユニットのうち、前記決定された運転台数分の整流器ユニットに対して運転命令を出力する命令ステップと、を有する制御方法。
【請求項６】
前記複数台の整流器ユニットの各々の電流−効率特性を表す効率曲線データを記憶するステップをさらに有し、
前記決定ステップでは、前記検出された前記整流装置の現在の総出力電流と、前記記憶された前記複数台の整流器ユニットの各々の効率曲線データとを比較することにより、前記整流器ユニットの運転台数を決定する、請求項５に記載の制御方法。
【請求項７】
前記決定ステップでは、前記検出された前記整流装置の現在の総出力電流と、前記複数台の整流器ユニットの各々の定格電流とを比較することにより、前記整流器ユニットの運転台数を決定する、請求項５に記載の制御方法。
【請求項８】
前記運転命令を受けた整流器ユニットを、スイッチ動作によって運転状態にするステップをさらに有する、請求項５から７のいずれか１項に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流給電システムおよびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信装置への給電を行う直流給電システムとしては、主に、直流−４８Ｖの直流給電システムが用いられている。
【０００３】
直流給電システムにおいて、商用電源からの交流電力を直流電力に変換する整流装置は、整流器ユニットの増減設により出力容量を可変とするために、一般に、整流器ユニットを複数搭載している。
【０００４】
また、整流装置は、高信頼性を確保するために、Ｎ＋１の冗長構成、すなわちＮ＋１台の整流器ユニットを搭載した構成となっている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、整流装置内の整流器ユニット数は、通信負荷が最大負荷になった場合でも給電できる台数（Ｎ台）にさらに冗長分の１台を加えた台数になっている。
【０００５】
図７は、従来の直流給電システムの構成例を示す図であり、多数の通信装置への給電を行う場合の構成を示している。
【０００６】
図７を参照すると、従来の直流給電システムは、商用電源１と、エンジン発電機２と、整流装置３と、監視制御部５と、蓄電池６と、を有している。
【０００７】
商用電源１およびエンジン発電機２は、交流電力源となる。
【０００８】
整流装置３は、互いに並列に接続され、各々が商用電源１またはエンジン発電機２からの交流電力を直流電力に変換する複数台（ｎ台。ｎ＝Ｎ＋１）の整流器ユニット４1〜４nを含んでいる。
【０００９】
なお、通信装置群７に対しては、整流装置３からの直流電力、すなわち各整流器ユニット４1〜４nからの直流電力の和となる総電力が給電され、この総電力が各通信装置に振り分けられる。したがって、この総電力によって通信装置群７への給電量が管理される。
【００１０】
監視制御部５は、複数台の整流器ユニット４1〜４nの運転状態を監視する。
【００１１】
蓄電池６は、整流装置３からの直流電力を蓄積する。このように、整流装置３の出力端には蓄電池６が接続されているため、整流装置３からの直流電力は頻繁には変化しない。
【００１２】
図７に示した直流給電システムは、商用電源１の停電時にも安定した電力を通信装置に給電することができる。具体的には、商用電源１の停電時には、蓄電池６から通信装置に給電することにより無瞬断で短時間の給電が可能である。また、エンジン発電機２が起動することによりエンジン発電機２の燃料が途絶えるまで長時間の給電が可能である。
【００１３】
また、整流装置３は、Ｎ＋１の冗長構成となっており、整流器ユニット１台分の余裕がある十分な給電能力を有しているため、整流器ユニット４1〜４nが１台故障しても、瞬時にその他の整流器ユニットから通信装置に給電することができる。したがって、図７に示した直流給電システムは、信頼性の高いシステム構成となっている。
【００１４】
また、監視制御部５は、整流器ユニット４1〜４nの運転状態を監視しており、整流器ユニット４1〜４nのいずれかに故障停止等の異常が発生した場合に速やかに監視センタへ信号を送るため、保守者が対応することができる。
【特許文献１】特開平７−９９７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、図７に示した従来の直流給電システムにおいては、整流装置３内の整流器ユニット４1〜４nの台数は、通信装置群７が最大負荷になった場合でも給電できるように、通信装置群７の最大負荷容量に合わせた台数に決定されている。
【００１６】
しかしながら、通信装置は、常に稼働率が高いわけでなく、稼働率が低く、消費電力量が小さい場合がある。このような場合には、各整流器ユニット４1〜４nには、定格電流よりもかなり低い電流を流すことになる。
【００１７】
一般に、整流器ユニットの効率は、図８に示すように、負荷率（整流器ユニットに流れる電流の定格電流に対する比率を表したもの）が低い場合に低く、負荷率が高くなるにしたがって高くなるという特性を持っている。
【００１８】
このため、各整流器ユニット４1〜４nの負荷率が低い場合、各整流器ユニット４1〜４nの効率が低下し、整流装置３全体としての電力損失、ひいては整流装置３と通信装置群７との間の発電ケーブルの電力損失が大きくなるという課題があった。
【００１９】
また、各整流器ユニット４1〜４nが無負荷の状態でも、各整流器ユニット４1〜４nに通電することによる無負荷損が発生するという課題があった。
【００２０】
そこで、本発明の目的は、整流器ユニットの効率低下による電力損失を低減するとともに、無負荷状態の整流器ユニットへの通電による無負荷損を低減することができる直流給電システムおよびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために本発明の直流給電システムは、
互いに並列に接続され、各々が交流電力源からの交流電力を直流電力に変換する複数台の整流器ユニットを含む整流装置と、
前記整流装置の総出力電流を検出する出力検出部と、
前記出力検出部にて検出された前記整流装置の総出力電流に基づいて、前記整流器ユニットの運転台数を決定する最適運転台数決定部と、
前記複数台の整流器ユニットのうち、前記最適運転台数決定部にて決定された運転台数分の整流器ユニットに対して運転命令を出力する命令部と、を有することを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、整流装置の総出力電流に基づいて、整流器ユニットの最適な運転台数を決定し、決定した運転台数分の整流器ユニットを運転させている。
【００２３】
このように、整流器ユニットの運転台数を削減することで、運転状態にある整流器ユニットについては高負荷率に維持することができるため、整流器ユニットの効率低下による電力損失を低減することが可能となる。
【００２４】
また、最適な運転台数の整流器ユニットを運転させ、それ以外の整流器ユニットの運転を待機させることで、無負荷状態の整流器ユニットに通電することを回避しているため、無負荷損を低減することが可能となる。
【００２５】
また、前記複数台の整流器ユニットの各々の電流−効率特性を表す効率曲線データを記憶する効率曲線データ記憶部をさらに有し、
前記最適運転台数決定部は、前記出力検出部にて検出された前記整流装置の現在の総出力電流と、前記効率曲線データ記憶部に記憶された前記複数台の整流器ユニットの各々の効率曲線データとを比較することにより、前記整流器ユニットの運転台数を決定することとしても良い。
【００２６】
この構成によれば、運転状態とする整流器ユニットが高効率を維持するように、整流器ユニットの運転台数を決定することが可能となる。
【００２７】
また、前記最適運転台数決定部は、前記出力検出部にて検出された前記整流装置の現在の総出力電流と、前記複数台の整流器ユニットの各々の定格電流とを比較することにより、前記整流器ユニットの運転台数を決定することとしても良い。
【００２８】
この構成によれば、運転状態とする整流器ユニットが定格電流に近い電流となるように、整流器ユニットの運転台数を決定することが可能となる。
【００２９】
また、前記複数台の整流器ユニットの各々は、
前記交流電力源に接続され、前記命令部から前記運転命令を受けた場合に閉状態になるスイッチと、
前記スイッチの後段に配置され、前記スイッチが閉状態になった場合に前記交流電力源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、を有することとしても良い。
【００３０】
この構成によれば、運転命令を受けた整流器ユニットを、スイッチ動作によって運転状態に制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
上述したように本発明の直流給電システムによれば、整流装置の総出力電流に基づいて、整流器ユニットの最適な運転台数を決定し、決定した運転台数分の整流器ユニットを運転させる構成になっている。
【００３２】
このように、整流器ユニットの運転台数を削減することで、運転状態にある整流器ユニットについては高負荷率に維持することができるため、整流器ユニットの効率低下による電力損失を低減することができるという効果が得られる。
【００３３】
また、最適な運転台数の整流器ユニットを運転させ、それ以外の整流器ユニットの運転を待機させることで、無負荷状態の整流器ユニットに通電することを回避しているため、無負荷損を低減することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の直流給電システムの構成例を示す図であり、多数の通信装置への給電を行う場合の構成を示している。
【００３６】
図１を参照すると、本実施形態の直流給電システムは、図７に示した従来例と比較すると、監視制御部５内に運転台数決定回路５１を設けた点と、各整流器ユニット４1〜４n内にＡＣ／ＤＣコンバータ４１および制御回路４２を設けた点と、が異なる。
【００３７】
本実施形態では、運転台数決定回路５１は、整流装置３の総出力電流を検出し、総出力電流と各整流器ユニット４1〜４nの効率曲線データとを比較することにより、整流器ユニットの最適な運転台数を決定し、最適な運転台数分の整流器ユニットに運転命令を行う。
【００３８】
各整流器ユニット４1〜４nにおいては、制御回路４２は、運転台数決定回路５１から運転命令を受けた場合に、ＡＣ／ＤＣコンバータ４１に運転信号を出力する。ＡＣ／ＤＣコンバータ４１は、制御回路４２からの運転信号が入力された場合に、商用電源１またはエンジン発電機２からの交流電力を直流電力に変換する。
【００３９】
図２は、運転台数決定回路５１の構成を示す機能ブロック図である。
【００４０】
図２を参照すると、運転台数決定回路５１は、運転台数記憶部５１１と、効率曲線データ記憶部５１２と、出力検出部５１３と、最適運転台数決定部５１４と、ＯＮ／ＯＦＦ命令部５１５と、を有している。
【００４１】
運転台数記憶部５１１は、整流器ユニット４1〜４nのうちの現在の運転台数Ｍ（Ｍ＝１，２,・・・，ｎ）を記憶する。
【００４２】
効率曲線データ記憶部５１２は、整流器ユニット４1〜４nの効率曲線データｆ（ｍ）を記憶する。効率曲線データｆ（ｍ）とは、図８のような効率曲線となる電流−効率特性を表す数式、すなわち電流を入力として効率を出力する算出式である。なお、整流器ユニット４1〜４nは、同一の整流器ユニットであり、効率曲線データも同一であるとする。
【００４３】
出力検出部５１３は、整流装置３の総出力電流Ｉａｌｌを検出する。
【００４４】
最適運転台数決定部５１４は、整流装置３の現在の総出力電流Ｉａｌｌ、整流器ユニット４1〜４nのうちの現在の運転台数Ｍ、および各整流器ユニット４1〜４nの効率曲線データｆ（ｍ）を比較演算することにより、整流器ユニットの最適な運転台数ｍを決定する。
【００４５】
ＯＮ／ＯＦＦ命令部５１５は、整流器ユニット４1〜４nのうち、最適運転台数決定部５１４にて決定された運転台数ｍ分の整流器ユニットには運転命令となる運転信号を送信して運転状態に遷移させる。また、それ以外の整流器ユニットには待機信号を送信する。例えば、整流器ユニット４1〜４nの運転・待機は、搭載番号の小さな整流器ユニットから運転させ、搭載番号の大きな整流器ユニットから待機させることができる。
【００４６】
図３は、最適運転台数決定部５１４の動作フローを説明するフローチャートである。
【００４７】
最適運転台数決定部５１４は、以下のようにして、整流装置３の現在の総出力電流Ｉａｌｌ、整流器ユニット４1〜４nのうちの現在の運転台数Ｍ、および各整流器ユニット４1〜４nの効率曲線データｆ（ｍ）を比較演算することにより、整流器ユニットの最適な運転台数ｍを計算する。
【００４８】
図３を参照すると、最適運転台数決定部５１４は、まず、ステップ３０１において、運転台数ｍに現在の運転台数Ｍを入力する。次に、ステップ３０２において、現在の総出力電流Ｉａｌｌを運転台数ｍで除算して整流器ユニット１台当りの出力電流値を求め、その出力電流値を効率曲線データｆ（ｍ）に代入して整流器ユニットの効率ηmを算出する。次に、ステップ３０３において、同様に、運転台数ｍ−１の場合の整流器ユニットの効率ηm-1を算出する。次に、ステップ３０４において、運転台数ｍの場合の効率ηmと運転台数ｍ−１の場合の効率ηm-1とを比較する。ηm-1の方が大きい場合は、ステップ３０５において、運転台数をｍ−１に変更し、ηmの方が大きい場合は、ステップ３０６において、運転台数を変更せずｍ台のままとする。ステップ３０５，３０６で得られた運転台数ｍは、ＯＮ／ＯＦＦ命令部５１５に通知される。
【００４９】
ＯＮ／ＯＦＦ命令部５１５は、ステップ３０７において、最適運転台数決定部５１４から通知された運転台数ｍに冗長分１台を加えた整流器ユニット、例えば、整流器ユニット４1〜４m+1には運転信号を送信し、整流器ユニット４m+2以降には待機信号を送信する。これにより、整流器ユニットの最適な運転台数を維持する。
【００５０】
上記のフローを繰り返し、最適運転台数決定部５１４は、常に最適な運転台数ｍをＯＮ／ＯＦＦ命令部５１５に通知する。
【００５１】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態の直流給電システムの構成例を示す図であり、多数の通信装置への給電を行う場合の構成を示している。
【００５２】
図４を参照すると、本実施形態の直流給電システムは、図７に示した従来例と比較すると、監視制御部５内に運転台数決定回路５２を設けた点と、各整流器ユニット４1〜４n内にＡＣ／ＤＣコンバータ４３およびスイッチ４４を設けた点と、が異なる。
【００５３】
本実施形態では、運転台数決定回路５２は、整流装置３の総出力電流を検出し、総出力電流と各整流器ユニット４1〜４nの定格電流とを比較することにより、整流器ユニットの最適な運転台数を決定し、最適な運転台数分の整流器ユニットに運転命令を行う。
【００５４】
各整流器ユニット４1〜４nにおいては、スイッチ４４は、商用電源１およびエンジン発電機２に接続されており、運転台数決定回路５１から運転命令を受けた場合に閉状態になる。ＡＣ／ＤＣコンバータ４３は、スイッチ４４が閉状態になった場合に、商用電源１またはエンジン発電機２からの交流電力を直流電力に変換する。
【００５５】
図５は、運転台数決定回路５２の構成を示す機能ブロック図である。
【００５６】
図５を参照すると、運転台数決定回路５２は、運転台数記憶部５２１と、出力検出部５２２と、最適運転台数決定部５２３と、ＯＮ／ＯＦＦ命令部５２４と、を有している。
【００５７】
運転台数記憶部５２１は、整流器ユニット４1〜４nのうちの現在の運転台数Ｍ（Ｍ＝１，２,・・・，ｎ）を記憶する。
【００５８】
出力検出部５２２は、整流装置３の現在の総出力電流Ｉａｌｌを検出する。
【００５９】
最適運転台数決定部５２３は、整流装置３の現在の総出力電流Ｉａｌｌおよび予め決められている各整流器ユニット４1〜４nの定格電流Ｉｒを比較演算することにより、整流器ユニットの最適な運転台数ｍを決定する。
【００６０】
ＯＮ／ＯＦＦ命令部５２４は、整流器ユニット４1〜４nのうち、最適運転台数決定部５１４にて決定された運転台数ｍ分の整流器ユニットには運転命令となる運転信号を送信して運転状態に遷移させる。また、それ以外の整流器ユニットには待機信号を送信する。例えば、整流器ユニット４1〜４nの運転・待機は、搭載番号の小さな整流器ユニットから運転させ、搭載番号の大きな整流器ユニットから待機させることができる。
【００６１】
図６は、最適運転台数決定部５２３の動作フローを説明するフローチャートである。
【００６２】
最適運転台数決定部５２３は、以下のようにして、整流装置３の現在の総出力電流Ｉａｌｌおよび予め決められている各整流器ユニット４1〜４nの定格電流Ｉｒを比較演算することにより、整流器ユニットの最適な運転台数ｍを計算する。
【００６３】
図６を参照すると、最適運転台数決定部５２３は、まず、ステップ６０１において、運転台数ｍに１を入力し、次に、ステップ６０２において、運転台数をｍ＋１に変更する。次に、ステップ６０３において、現在の総出力電流Ｉａｌｌと（ｍ−１）*Ｉｒとを比較する。例えば、当初の運転台数ｍが１である場合、総出力電流ＩａｌｌがＩｒ（＝（２−１）*Ｉｒ）よりも小さければ、ステップ６０４において、運転台数ｍを２に決定する。一方、総出力電流ＩａｌｌがＩｒよりも大きければ、ステップ６０２に戻り、運転台数ｍを１加えて３とし、以降もこの演算を繰り返す。ステップ６０４で得られた運転台数ｍは、ＯＮ／ＯＦＦ命令部５２４に通知される。これにより、最適運転台数決定部５２３は、常に最適な運転台数ｍをＯＮ／ＯＦＦ命令部５２４に通知する。
【００６４】
ＯＮ／ＯＦＦ命令部５２４は、ステップ６０５において、最適運転台数決定部５２３から通知された運転台数ｍの整流器ユニット、例えば、整流器ユニット４1〜４mには運転信号を送信し、整流器ユニット４m+1以降には待機信号を送信する。これにより、整流器ユニットの最適な運転台数を維持する。
【００６５】
上述したように第１および第２の実施形態においては、整流装置３の総出力電流等を基にして、整流器ユニット４1〜４nのうちの最適な運転台数を決定し、決定した運転台数分の整流器ユニットを運転させる構成になっている。
【００６６】
このように、整流器ユニットの運転台数を削減することで、運転状態にある整流器ユニットについては高負荷率に維持することができるため、整流器ユニットの効率低下による整流装置３の電力損失および整流装置３と通信装置群７との間の受電ケーブルの電力損失を低減することができる。
【００６７】
また、最適な運転台数の整流器ユニットを運転させ、それ以外の整流器ユニットの運転を待機させることで、無負荷状態の整流器ユニットに通電することを回避しているため、無負荷損を低減することができる。
【００６８】
また、電力損失が低減されるため、電力損失によって生じる発熱を冷却するための空調機の台数およびランニングコストをも削減することができる。
【００６９】
また、整流装置３の出力端に蓄電池６を接続しているため、動作フローの計算周期は数分単位での計算でも良く、高速な計算を要しない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態の直流給電システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示した運転台数決定回路の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図２に示した最適運転台数決定部の動作フローを説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態の直流給電システムの構成を示す図である。
【図５】図４に示した運転台数決定回路の構成を示す機能ブロック図である。
【図６】図５に示した最適運転台数決定部の動作フローを説明するフローチャートである。
【図７】従来の直流給電システムの一構成例を示す図である。
【図８】整流器ユニットの電流−効率特性および電流−損失特性を説明する図である。
【符号の説明】
【００７１】
１    商用電源
２    エンジン発電機
３    整流装置
４1〜４n    整流器ユニット
５    監視制御部
６    蓄電池
７    通信装置群
４１    ＡＣ／ＤＣコンバータ
４２    制御回路
４３    ＡＣ／ＤＣコンバータ
４４    スイッチ
５１    運転台数決定回路
５１１    運転台数記憶部
５１２    効率曲線データ記憶部
５１３    出力検出部
５１４    最適運転台数決定部
５１５    ＯＮ／ＯＦＦ命令部
５２    運転台数決定回路
５２１    運転台数記憶部
５２２    出力検出部
５２３    最適運転台数決定部
５２４    ＯＮ／ＯＦＦ命令部
【図１】
2009195079.tif 000003
【図２】
2009195079.tif 000004
【図３】
2009195079.tif 000005
【図４】
2009195079.tif 000006
【図５】
2009195079.tif 000007
【図６】
2009195079.tif 000008
【図７】
2009195079.tif 000009
【図８】
2009195079.tif 000010