(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力源と負荷との間に直流電源ユニットを並列接続して構成し、各直流電源ユニットは、夫々整流・平滑回路と、ＤＣ−ＤＣコンバータと、負荷への直流電流量を検出して前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を均等分担に制御する動作制御回路とを具備する直流電源システムにおいて、
各直流電源ユニットは、比較器を具備すると共に該比較器の一方の入力端子を電源ユニットの出力電流を検出する変流器と接続し、他方の入力端子を自己の出力端子と接続し、且つ該出力端子を全ての直流電源ユニットの最大値演算回路の出力端子に共通に接続して成る最大値演算回路と、
自己電源ユニットの出力電流と前記最大値演算回路出力との差を検出し、該検出信号を動作制御回路に印加する偏差検出器と、
前記偏差検出器の出力が印加され、偏差量がある値以下であることを検知する第１の比較回路と負荷端子電圧が設定値より高くなったことを検出する第２の比較回路から構成される第１比較器と、
前記偏差検出器の出力が印加され、偏差量がある値以上であることを検知する第３の比較回路と負荷端子電圧が所定の下限許容電圧値以上であることを検出する第４の比較回路から構成される第２比較器と、
前記第１比較器又は第２比較器が検出した出力により整流・平滑回路への交流入力を遮断する遮断器と、
を具備することを特徴とする直流電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の直流電源ユニットを複数個並列接続して構成し、夫々のユニットで負荷を均等に分担させる制御を行う式の直流電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数個の電源ユニットを並列接続して構成し、各種の方式で運転する直流電源システムは公知である。即ち、その直流電源システムのユニット並列運転方式として、任意分担方式、オーバーフロー方式、均等分担（電流平衡）方式が知られている。任意分担方式は各電源ユニットの負荷分担比率を成り行きに任せる方式であり、オーバーフロー方式は１号機が定格容量に達すると、２号機以降に順次オーバーフローさせる方式であり、均等分担方式は、各電源ユニットで負荷を均等に分担させる制御を付加した均等分担方式であり、各電源ユニットの出力端子と負荷との間にダイオードを介在させ、該ダイオードの負荷側において、全ての直流電源ユニットを並列接続している。この均等分担方式の直流電源システムは、各電源ユニットにおいて流れる電流が平衡するまで動作点が動くため、電流平衡状態を維持する限りは安定な動作を継続していて、比較的大容量のシステムとして稼働できる。
上記の均等分担方式の直流電源システムの１例を図３に示す。同図において、１は交流電源、２は電池などの負荷、３，４，５，…は、該並列接続された複数個の直流電源ユニット、６，７は夫々該交流電源１及び該負荷２に対しこれらの直流電源ユニットを並列に接続する交流入力母線と直流出力母線を夫々示す。各直流電源ユニット内には、交流電源１と負荷２との間に、交流電源１側から順次、遮断器８、整流・平滑回路９、出力電圧調整器１０を内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータ１１、変流器１２及び逆流防止ダイオード１３を介在させて配設し、更に、各直流電源ユニット内には、出力をＤＣ−ＤＣコンバータ１１内の出力電圧調整器１０に印加する動作制御回路１４を具備する。該動作制御回路１４は、変流器１２、直流電圧設定器１５、信号加算器１６、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧を該信号加算器１６に印加する直流出力電圧検出線１７から成る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし乍ら、上記従来の直流電源システムの均等分担方式による並列運転では直流電源システムとしての信頼度を向上せることが出来なかった。それは、直流電源ユニット内の直流電圧設定回路１５は、人為的な設定ミス、又は、その回路機器を構成する素子の故障が経年変化などのため設定値が高くなったり低くなったりするという異常が発生した場合でも、当該ユニットが有する均等分担制御回路による補正が自動的に働いて、見かけ上、出力電圧を正常値に補正してしまうので、その異常状態を検出できずにそのまゝ運転しているという状態が発生する。
この状態のまゝ、運転を継続していると、今まで正常であった直流電源ユニットに何等かの障害が発生し、運転停止となり、このユニットが運転停止すると、前記の電圧設定回路が異常であったユニットは、その時始めて電圧異常を検出して停止してしまい、結局、直流電源システム全体が停止に至るという問題があった。
本発明は上記従来の直流電源システムの欠点を解消し、直流電源システムが正常に稼動し、均等分担制御の動作を行っているとき、ある１つの直流電源ユニットの電圧設定回路に異常が発生したときは直ちにその異常を検出して当該ユニットの作動を直ちに停止させ直流電源システムを構成する並列から直ちに除去して、即ち解列して、残る直流電源ユニットにより直流電源システムの正常運転が維持される信頼度の高い電源システムを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の問題を解消し、上記の目的を達成した直流電源システムを提供するもので、交流入力源と負荷との間に直流電源ユニットを並列接続して構成し、各直流電源ユニットは、夫々整流・平滑回路と、ＤＣ−ＤＣコンバータと、負荷への直流電流量を検出して前記ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を均等分担に制御する動作制御回路とを具備する直流電源システムにおいて、各直流電源ユニットは、比較器を具備すると共に該比較器の一方の入力端子を電源ユニットの出力電流を検出する変流器と接続し、他方の入力端子を自己の出力端子と接続し、且つ該出力端子を全ての直流電源ユニットの最大値演算回路の出力端子に共通に接続して成る最大値演算回路と、自己電源ユニットの出力電流と前記最大値演算回路出力との差を検出し、該検出信号を動作制御回路に印加する偏差検出器と、前記偏差検出器の出力が印加され、偏差量がある値以下であることを検知する第１の比較回路と負荷端子電圧が設定値より高くなったことを検出する第２の比較回路から構成される第１比較器と、前記偏差検出器の出力が印加され、偏差量がある値以上であることを検知する第３の比較回路と負荷端子電圧が所定の下限許容電圧値以上であることを検出する第４の比較回路から構成される第２比較器と、前記第１比較器又は第２比較器が検出した出力により整流・平滑回路への交流入力を遮断する遮断器と、を具備することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の直流電源システムの実施の形態を添付図面の図１及び図２に基づいて説明する。
図１は、本発明の直流電源システムの１例の回路図を示す。同図において、図３に示す従来の直流電源システムの構成部材と同じ構成部材については同じ参考番号で示す。
図１示の直流電源システムは、交流電源１と負荷２に対し、夫々共通の交流入力母線６及び直流出力母線７を介し並列接続された直流電源ユニット３，４，５，…から成り、交流電源１からの交流電源は、これら直流電源ユニットにより並列動作させて得られた直流をこれらユニット３，４，５，…に共通に接続された直流出力母線７を介し、電池などの負荷２へ供給している。各直流電源ユニット内には、交流電源１と負荷２との間に、交流電源１側から順次、遮断器８、整流・平滑回路９、出力電圧調整器１０を内蔵したＤＣ−ＤＣコンバータ１１、変流器１２及び逆流防止ダイオード１３を介在させて配設している。
また、各直流電源ユニット内には、動作制御回路１４を具備する。該動作制御回路１４は、変流器１２を含み、且つ直流電圧設定器１５と信号加算器１６と出力電圧検出線１７とから成り、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力直流電圧を制御する。該直流電圧設定器１５の出力信号は、信号加算器１６の一方の入力となって直流出力電圧値を設定する。また該信号加算器１６には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧と、変流器１２の出力を受けた偏差検出器２１の出力が入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧は、直流出力電圧検出線１７を介し信号加算器１６に入力する。信号加算器１６の出力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１に内蔵の出力電圧調整器１０に印加される。出力電圧調整器１０の出力はＤＣ−ＤＣコンバータ１１に印加され、その出力電圧を高く又は低くするように制御する。
各直流電源ユニットの以上の構成は、従来の各直流電源ユニットの構成とほゞ同じである。
本発明によれば、更に各直流電源ユニット３，４，５，…に夫々下記の構成を具備せしめた。即ち、各直流電源ユニット内には、最大値演算回路２０と偏差検出器２１を設けた。
該最大値演算回路２０は比較器２０１とダイオード２０２から成り、該比較器２０１の一方の入力端子は変流器１２と接続され、変流器１２の出力がその入力端子に印加されるようにし、その他方の入力端子は自己の出力端子とダイオード２０２を介して接続されている。最大値演算回路２０の出力端子は、全ての直流電源ユニット３，４，５，…の夫々の各最大値演算回路２０の出力端子と共通の接続線２２により互いに共通接続されている。
該偏差検出器２１はその一方の入力端子には、該最大値演算回路２０の一方の入力端子と同じく変流器１２に接続され、該変流器１２の出力が印加されるようにし、その他方の入力端子は前記最大値演算回路２０の他方の入力端子と接続されている。また該偏差検出器２１の出力端子は前記の信号加算器１６に接続されている。
第１比較器３０は、第１の比較回路３１と第２の比較回路３２と、それらの出力を論理積演算する第１の論理積回路３３とで構成する。第１の比較回路３１は、その入力端子の一方は前記の偏差検出器２１の出力端子と接続され、その他方の端子は電流偏差レベル設定器３４と接続される。第２の比較回路３２の一方の端子は各直流電源ユニットの直流出力母線７、即ち負荷２の一方の端子と接続され、他方の端子は直流出力母線電圧レベル設定器３５と接続される。
第２比較器４０は、第３の比較回路４１と第４の比較回路４２と、それらの出力を論理積演算する第２の論理積回路４３とで構成する。第３の比較回路４１は、その入力端子の一方は前記偏差検出器２１の出力端子と接続され、その他方の端子は電流偏差レベル設定器４４と接続される。第４の比較回路４２の一方の端子は各直流電源ユニットの直流出力母線７、即ち負荷２の一方の端子と接続され、他方の端子は直流出力母線電圧レベル設定器４５と接続される。
第１比較器３０と第２比較器４０との各出力は、論理和回路５０に入力する。論理和回路５０の出力は、遮断制御回路５１に入力している。遮断制御回路５１の出力は、遮断器８に対する遮断動作を制御する。
次に、図１に示す上記の本発明の直流電源システムの動作について説明する。
その夫々の直流電源ユニットは、例えば、該直流電圧設定器１５に異常がなく、その所定の直流電圧値を出力しているときは、その直流出力電流を夫々均等分担するように制御され、その均等分担状態となり正常に稼動する。この動作において、該最大値演算回路２０のダイオード２０２の出力側即ち最大値演算回路２０の出力端子は他方の入力端子と直結していて、両方の入力端子間に電位差が無くなるまで、偏差検出器２１と動作制御回路１４によりＤＣ−ＤＣコンバータ１１が制御される。
そして最大値演算回路２０の出力端子は各直流電源ユニットの最大値演算回路２０の出力端子を共通接続しているため、前記「電位差が無くなるまで」は全ての直流電源ユニットにわたって均等分担制御されるまで、即ち直流電圧設定器１５による直流出力電圧が最大のユニットは出力する電流も最大値であるから、その直流電源ユニットに合わせて均等分担されるまで、全ての直流電源ユニットは偏差検出器２１と動作制御回路１４によりＤＣ−ＤＣコンバータ１１が制御される。その結果、全てのユニット３，４，５，…が均等分担された状態で安定動作に入り、直流電源システムは、正常に稼動する。
該直流電圧設定器１５に異常がなく、直流電源ユニットがこのように正常に稼動している正常状態では、第１の比較回路３１乃至第４の比較回路４２の出力論理が、図２（ａ）に示すように第１の理論積回路３３又は第２の理論積回路４３が“Ｈ”を演算出力しない状態に、図２（ａ）に例示するように、各一対の第１及び第２の比較回路３１及び３２又は第３及び第４の比較回路４１及び４２の夫々の出力端子の出力状態となるように、電流偏差レベル設定器３４，４４及び直流出力母線電圧レベル設定器３５，４５の状態と各比較回路の入力端子の正負の位置とを設定して置く。
今、全ての直流電源ユニット３，４，５，…のうち、ある１つの直流電源ユニットの直流電圧設定器１５に異常が生じ、その結果、例えば、その所定の電圧設定値より高くなった場合は、出力電圧調整器１０からのＤＣ−ＤＣコンバータ１１の制御出力が高まる。その結果、当該直流電源ユニットは均等分担していたものがその電流を増やして最大電流を流そうとする。しかし当該ユニットが最大電流を流すため、当該ユニットの電流の偏差検出器２１は、偏差検出をすることが無く、これと接続する第１の比較回路３１及び第３の比較回路４１への出力にも変化は生じない。その結果第１の比較回路３１，第３の比較回路４１の各出力の論理“Ｈ”“Ｌ”には変化が生ずることなく、そのまゝである。しかし、直流出力母線７の電圧は当該ユニットの直流電圧設定器１５の異常により設定電圧が高くなったため上昇しており、これに接続している第２の比較回路３２及び第４の比較回路４２の入力は大きな変化となる。そのため、第２の比較回路３２の出力は論理“Ｌ”から“Ｈ”に変化し、また第４の比較回路４２の出力は“Ｈ”のまゝである。従って第１及び第２の比較回路３１及び３２から第１の理論積回路３３への入力が共に“Ｈ”となるから、第１の理論積回路３３の出力も“Ｈ”となり、この“Ｈ”出力は、論理和回路５０を介して遮断制御回路５１へ達するから、遮断制御回路５１の出力により遮断器８は遮断され、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の動作が停止して、このコンバータ１１からは負荷２へ電流を供給することが出来ず、この異常発生した当該直流電源ユニットは直流電源システムから分離、即ち解列される。
また、直流電圧設定器１５に異常を生じ、その所定の設定値より低くなった場合は、直流電圧調整器１０を介するＤＣ−ＤＣコンバータ１１の制御出力が、出力電圧を低めるようにずれを起こした時を考える。出力電圧を低下させることは、出力電流を低下させることであり、従って、偏差検出器２１は偏差が大きくなったことを検出する。その結果、これに接続する第１の比較回路３１及び第３の比較回路４１の入力が大きく変化し、第１の比較回路３１については、その出力は“Ｈ”から“Ｌ”へ、第３の比較回路４１については、その出力は“Ｌ”から“Ｈ”へ、夫々出力論理が変化する。一方、第２の比較回路３２と及び第４の比較回路４２については、直流出力母線７の電圧は変化しないのでそれらの出力における論理には変化が無く、第２の比較回路３２は“Ｌ”のまゝ、第４の比較回路４２は“Ｈ”のまゝである（図２（ｃ）参照）。
その結果、第３の比較回路４１及び第４の比較回路４２の出力の論理は共に“Ｈ”となり、反転回路４６の出力も“Ｈ”であるから、第２の理論積回路４３の出力も“Ｈ”となり、この“Ｈ”出力は、論理和回路５０を介して遮断制御回路５１へ“Ｈ”が出力され、遮断器８は遮断され、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の作動が停止し、前記と同様に、直流電源システムから解列される。
このように、本発明の直流電源システムは、均等分担制御の正常動作を行っているとき、電源ユニットに動作異常が発生すると直ちにこれを検出し、当該ユニットのみを直ちにその動作を停止させ直流電源システムから除去して、即ち、並列の直流電源ユニットを離脱させて、残存の直流電源ユニットに障害を与えることなく、正常な直流電源システムの作動を維持することができ、信頼度の高い電源システムを提供することができる。
【０００６】
【発明の効果】
このように、本願の請求項１に係る発明によれば、直流電源システムが正常に稼動している状態の中で、ある直流電源ユニットの直流電圧設定器に異常が発生し、出力電圧が所定値より高くなり、或いは低くなった場合は、この異常を直ちに検知してその異常な直流電源ユニットをシステムから直ちに自動的に離脱させ、残る直流電源ユニットから成る直流電源システムは停止することなく、正常な運転を維持でき、直流電源システムの信頼度の向上をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の直流電源システムの１例の回路図。
【図２】  図１に示す直流電源システムの第１比較器・第２比較器の作動状態を説明する図。
【図３】  従来の直流電源システムの１例の回路図。
【符号の説明】
１  交流電源
２  負荷
３，４，５  直流電源ユニット
８  遮断器
９  整流・平滑回路
１０  出力電圧調整器
１１  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２  変流器
１３  逆流防止ダイオード
１４  動作制御回路
１５  直流電圧設定器
１６  信号加算器
１７  直流出力電圧検出線
２０  最大値演算回路
２１  偏差検出器
３０  第１比較器
３１  第１の比較回路
３２  第２の比較回路
３３  第１の理論積回路
３４，４４  電流偏差レベル設定器
３５，４５  直流出力母線電圧レベル設定器
４０  第２比較器
４１  第３の比較回路
４２  第４の比較回路
４３  第２の理論積回路
５０  論理和回路
５１  遮断制御回路
【図１】
0003836314.tif 000002
【図２】
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【図３】
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